Способ измерения электрофизических характеристик полупроводника Советский патент 1979 года по МПК G01R31/26 H01L21/66 

.. 1. Изобретение относится к области измерительной техники к разделу исследований свойств полупроводниковых материалов. Одним из основных электрофизических параметров, характеризующих состояние поверхности полупроводника, является поверхностный электростатический потенциал. Известны способы определения вели чины поверхностного электростатического потенциала (j)gQ, основанные на использовании эффекта поля Недостатком известных способов яв ляется большая относительная, погрешность определения величины tpgo ДО стигающая от нескольких десятков до сотен процентов. Известные методы не обеспечивают возможность непосредственного измерения отнсмиения поверхностных электростатических потенциалов на противоположных гранях полупроводникового образца. При измерении отношения скоростей поверхностных рекомбинаций на противоположных гранях образца находит применение способ 2. Измерения электрофизических харак теристик полупроводника заключаютсяв том, что полупроводниковый образец помещают в скрещенные магнитное и j электрическое поля, измеряют их величину и регистрируют электрическийсигнал на поверхности полупроводника. Однако, в известном способе из-за воздейстйия на образец стационарных сил Лоренца в процессе измерения имеет место определенное изменение отношения величины поверхностных электростатических потенциалов( ц)до на противоположных гранях образца. В результате этого изменяются и скорости поверхностной рекомбинации на этих гранях. Следовательно имеет место зависимость между результатами и режимом измерения, которая приводит к грубым погрешностям. Исключение этих погрешностей возможно только путем непосредственного измерения зависимости 5.9Л,..: , где F. - величина силы . Лоренца. Способы непосредственного изФйПД (Л неизвестмерения зависимости ЧзоаСРд) Цель, изобретения - обеспечение возможности непосредственного контроля отношения поверхностного электростатического потенциала к величине сил Лоренца. Поставленная цель достигается тем что на линейно-изменяющееся магнитное поле накладывают слабо изменяющееся синусоидальное поле и регистрируют измерение амплитуды переменного напр жения на образце, имеющее частоту изменения магнитного поля. На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего способ иэмерения электрофизических характеристик полупроводника; на фиг.. 2 - временны диаграммы, поясняющие его работу.. . Устройство содержит измеряемый плоскопараллельный полупроводниковый образец 1, помещенный в поле Магнита 2, соединенного с первым выходом генератора тока 3. Полупроводниковый образец 1 соединен с источни ком постоянного тока, причем к точ кё соединения образца 1 и источника 4 постоянного тока подключен приемник 5 модулированного поамплитуде сигнала. Выход приемника 5 соединен со входом вертикальной развертки двухмерного регистрирующего прибора б, вход горизонтальной развертки которого соединен со вторым выходом re нератора тока 3. Устррйртво работаётр| следунйцим образом. Источник тока 3 формирует пилообразный ток с Наложенной сячнусоидальной компонентой, который с пбмощью электромагнита 2 преобразуется в магнитное поле с временной зависимостью индукции B(t), показанной на фиг. 2. Пилообразная компонента сигнала генератора: 3 поступает на его йторой выход и используется для гори зонтальной развертки регистри эующего прибора 6. Период Т и амплитуда B.j пилообразной компоненты магнитной ин дукции установлены много больше периода Tj и амплитуды Bg синусоидапьной компоненты. При этом период Tj выбран из условия ,:- (1): гце1 - Временная постоянная процесса заполнения быстрых поверхностных уровней захвата; IM - аналогичная постоянная медленных поверхностных уровней. Период Т 2 установлен исходя Из у ловия T.ls (2) При этом на образец действуют силы Лоренца, величина которых (t) 1 где 1 - величина постоянного тока источника 4, приводящие к квазиравно весному изменению отношения (f на поверхностях образца 1, перпендик лярных направлению вектора сил Лорен ца. Это приводит к изменению скоростей S/J и Sjr поверхностной рекомбинации на соответствующих поверхностях образца 1. в результате магнитоконцентрационного эффекта огибающая вы- ходного напряжения приемника 5 (фиг. 2), настроенного на частоту j i /Tj , находится из выражения u,,.KB,..M,,3, 5Д,,5„,1Р,,ч..„(Р,) где К - коэффициент в/тл, откуда k:Sa + % l Ba-1Iff выражение (4) действительно с точностью не менее 1% в диапазоне Слабых и средних индукций В, магнитного поля, например, для германия до величин Б 100 мТ. Величина Bj практически выбирается исходя Из необходимого отношения сигнал/шум на выходе линейного тракта приемника 5, причем с увеличениел В уменьшается отношение амплитуд сигналов магнитоконцентрационного эффекта и эффекта Гаусса. Например, дг1Я германиевого образца, , близкого к собственному типу проводимости с размерами 0,1 х 1,0 х 5, Прк Ва 0,1 мТ минимальное отношение сигнал/шум по напряжению составляло не менее 40 дб, а отношение сигналов магнитоконцентрационного эффекта и эффекта Гаусса не менее 30 дб. Современные способы травления полупроводниковых образцов обеспечивают широкий линейный участок зависимости S (Cfg) . Поэтому при работев линейном участке зависимостей Sj ((Pgoi и Sjidpsoz согласно выражению (4) ff crtocoe обеспечивает непосредственное определение отношения- Hi Фео1 MJkBa -TJit) Ч-302 где М - безразмерной коэффициент, определяемый выражением 9е2/9ф5оа 9 51/Эф Выражение (5) действительно, например, при обработке Германия методом травления в диапазоне величины B не менее 70 дб. Таким образом, изложенный спосрб обеспечивает возможность непосредственного измерения величины отношения поверхностных электростатических потенциалов на противоположных гранях образца. Использование способа позволяет увеличить точность измерения поверхностных характеристик полупроводни- . КОВ при помещении образцов в скреаден ные магнитное и электрическое поля, т.к. исключена составляющая погрешности, величина которой определяется режимс л измерения. Формула изобретения Способ измерения электрофизических характеристик полупроводника, за ключаюгдийся в том, что полупроводниковый образец помещают в скрещенные магнитное и электрическое поля, изме ряют их величину и регистрируют электрический сигнал на поверхности полупроводника, отличающийс я тем, что, с целью обеспечения возможности непосредственного контроля отношения поверхностного электростатического потенциала к величине сил Лоренца, на линейно-изменяющемся поле накладывгиот слабо изменяющееся синусоидальное поле и регистрируют измерение амплитуды переменного напряжения на образце, имеющее частоту изменения магнитного поля. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Павлов Л. П. Методы определения основных параметров полупроводниковых материёшов, М. , 1975, с. 188-190. 2.A.Chovet.5tudy о{ recombinatiou processes from the mognetocoucentuatieu effects.Phijsica status SoBicli (a), 1975,voe. 28, 2, p. 633.