Способ измерения концентрации примеси в полупроводниках Советский патент 1977 года по МПК H01L21/66 

где С- емкость барьера на единицу пл щади; UB; - диффузионный потенциал; N -,концентрация примесей; и - напряжение смещения; С - диэлектрическая постоянная полупроводника; К - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура. В компенсированных полупроводника этот способ позволяет определить реэультирухидую концентрацию, а также концентрацию примесей непосредственн в поверхностной области полупроводни области, ..представляющей наибольший интерес для микроэлектроники. (Кроме того, способ позволяет определять ко центрацию примесей на небольших учас ках полупроводника. Недостатками способа являются дли тельность и сравнительно сложная про цедура измерений. Цель изобретения - ускорение и уп рощение измерений. Достигается это тем, что при прямом смещении измеряют уровень нибкочастотных флуктуации напряжения и ве личину протекающегоiчерез барьер tOK а концентрацию примеси;определяют по формуле . где , - ток, при кото{юм уровень флуктуации напряжения в барьере Шоттки максимален; N - концентрация примеси; Ц - постоянный коэффициент, опреяеляеч зЯ по эталонным образцам. Коэффициент К может быть кайден также по формуле е 1 haf 7 ij;-: 5 iF,J Р№; fi где IL диффузионный потенциал; И - постоянная Вольцмана; Т - абсолютная температура; - площадь барьера; о - заряд электрона; D - коэффициент диффузии для осно ных носителей заряда; Nd эффективная плотность состояНИИ в валентной зоне или зоне провод мости; р - высота барьера Шоттки. В основу способа доложены ранее неизвестные свойства барьеров Шоттки связанные со случайным характером пр цессов переноса зарядов. Установлено что в микротоковом режиме величина спектра низкочастотных флуктуации на ряжения e(f} , измеренного в режиме холостого хода, пропорциональна прои ведению дифференциального сопротивле ния барьеров Шоттки г, и падения нап ряжения на барьере и S(f) Это приводит к следующей зависимости спектра флуктаций напряжения от тока) S(f.J) где DO - ток насыщения барьера; Q- величина, не зависящая от тока. Зависимость обладает максимумом при токе, ««,.c(e-l)Je макс при.напряжении waKcI T/}, где е - основание натуральных логарифмов. Плотность тока насыщения J, jf) связаN (напна с концентрацией примесей ример, доноров Wj ) соотношением q DNsrcj(U3rU)8ftN ,(-) где Ы - концентрация примесей; D - коэффициент диффузии для носителей зарядов; Ng- плотность состояний. Особо следует подчеркнуть, что перенос зарядов в барьерах Шоттки в условиях малой инжекции определяется движением только основных носителей зарядов, поэтому в компенсированных полупроводниках концентрация примесей N определяется как ,-Nj/r где NQ,NJ - концентрации акцепторной и донорной примесей. Из выражения (5), используя выражения {3),(4) и учитывая, что 3fg«SJo / где 5 - площадь барьера Шоттки, следуетпричем ) (7) 8ft(j-U3i-KT)()Nj, Величину коэффициента К Можно определить и экспериментально, используя образцы полупроводника с известной концентрацией примесей. В последнем случае процедура измерения концентрации примесей в полупроН воднике сводится к пропусканию через потенциальный барьер Шоттки и нагрузочный резистор тока, настройке измерителя на максимум флуктуации напряжения (для этой .цели к исследуемому барьеру можно подключить простейшее устройство - индикатор уровня флуктуации напряжения) и снятию показаний непосредственно со шкалы микроамперметра, предварительно прогргшуированного в величинах концентрации примесей. Такая процедура удобна для контроля качества легирования полупроводниковых пластин в промышленности.Металлизацию в таких случаях можно заменить использованием ртутных контактов, как это имеет место в вольт-фрадном методе.

Формула изобретения

Способ измерения концентрации примеси в полупроводниках, включакхаий создание потенциального барьера Шоттки. путем металлизации участка поверхности полупроводника, и прикладывание регулируемого смещения к барьеру, отличающийся тем, что, с целью упрощения и ускорения измерений , при прямом смещении измеряют

уровень низкочастотных флуктуации нап ряжения и величину протекающего через барьер тока, а концентрацию примеси определяют по формуле

1

где ок, при котором уровень флуктуации напряжения в барьере Шоттки максимален;

N - концентрация примеси;

К - постоянный коэффициент, определяемый по эталонным образцам.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизеt 1. Стильбанс л.С. Физика полупроводников. М., Сов.радио,1967,с«17б.

2. Зи С.М.Физика полупроводниковых приборов.М., Энергия, 1973,с. 248.