Способ измерения удельного электрического сопротивления полупроводниковых материалов Советский патент 1980 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для измерения электрического удельного сопротивления полупроводниковых материалов.

Известен способ измерения удельного электрического сопротивления полупроводниковых материалов, основанный на измерении сопротивления растекания контакта металл-полупроводник . Определяемое по этому способу удельное сопротивление связано с сопротивлением растекания RS зависимостью

(1)

Ita.,

где ftg - эффективный радиус контактирования.

Недостатком этого метода является высокая .погрешностьр обусловленная погрешностью определения эффективного радиуса контактирования .

Известен также способ измерения Удельного электрического сопротивления полупроводниковых материалов, основанный на измерении сопротивления растекания металлического зондо

вого контакта к полупроводнику, определении эффективного радиуса контактирования и определении удельного сопротивления расчетным путем 2,

В этом способе для определения эффективного радиуса контактирования измеряется емкость барьера Шоттки зондового KOjjTaKxa, которая пропорциональна эффективной площади кон10тактирования и, следовательно, эффективному радиусу контактирования.

Недостатками этого способа являются его сложность, обусловленная сложностью измерения барьерной

15 емкости малой площади, а также непригодность для измерения удельного сопротивления сильнолегированных полупроводниковых материалов, так как контакты к ним обладают омически201И характеристиками.

Цель изобретения - упрощение и обеспечение возможности измерений удельного р сопротивления - сильнолегированных полупроводников.

25

Это достигается тем, что для определения эффективного радиуса контактирования через зондовый контакт пропускают два импульса тока равной амплитуды и длительно30

сти, но противоположной полярности и регистрируют возникающие при этом термс-ЭДС.

Измерение удельного сопротивления полупроводника по предлагаемому способу проводится следующим образом.

После установки зонда .на образец измеряется сопротивление крнтакта зонд-полупроводник, т.е. сопротивление, растекания Rg. .После этого с интервалом времени, достаточным для установления теплового.равновесия в системе:зонд-образец, через контакт пропускают два импульса тока одинаковой амплитуды и длительности с противоположной полярностью. При протекании через контакт тока , 3., в приконтактной области вцделяется тепловая энергия Р, aлгeбpa ически суммирующаяся из тепла Джоуля 3 RS и тепла ПельтьеПЭ, где П - коэффициент Пельтье, Р + П.Л +a.Rs,

Выделяющаяся энергия создает в полупроводнике градиент температуры лТ:

дТ P-RT ± U НдН., где Н - термическое сопротивление

контакта;

f - безразмерный коэффициент, yчитJЫвaющий распределение тепла Джоуля в приконтактной области.

Градиент температуры приводит к появлению на контакте сигнала термоЭДС V:2

V ллт ±паНт. +cif о RsR-r

где cL коэффициент дифференциально

термо-ЭДС полупроводника. Поскольку тепло Пельтье в зависимости от направления тока может либо выделяться, либо поглощаться на контакте, амплитуда сигнала термо-ЭДС будет зависеть от направления тока:

V +dLf . (тепло (тепло Пельтье выделяется на контакт

V---оСПЗК - о. f

(тепло Пельтье поглощается на контате) ,

Исключая из этих уравнений тепло Джоуля, имеем

uV-М . .,

так как П ATДальнейшие элементарные преобразвания с целью исключения параметра d приводят к следующему выражению для термического сопротивления

(2)

т гй.

где V2 V-. «

в выражении для величины Vj,, Т, /iV, ,tr и Rg изменяются непосредственно, а безразмерный коэффициент f, зависящий от соотношения сопротивлений материала зонда и полупроводника является подгоночным параметрам, изменяясь в пределах 0,5т1,0.

С учетом того, что контактировани зонда с полупроводником происходит по вершинам микронеоднородностей, а термическое сопротивление складывается из термического сопротивления газовой прослойки в зазоре между поверхностью зонда и полупроводника и те гмнческого сопротивления, обус,ловлённого стягиванием теплового потока в местах контактирования микронеоднородностей зонда и полупроводника, конечное выражение для термического сопротивления имеет вид:

М

ST

tfS-fH

л По шУ+ЧлГЙ 2 (а лЬЯ-2а|). / fде tf - средняя высота микронеровностей поверхности зонда;

П - общее количество микровыступов ;

А - приведенная теплопроводность контакта;

J - амплитуда токовых импульсов;

Ь - глубина конусного отпечатка;

j.,- теплопроводность газовой прослойки;

«,- радиус видимого конусного отпечатка;

Oif- эффективный радиус контактирования,

-(

дв-Г| - коэффициент идеальности контакта;

,.,

чв..

где За - эффективная площадь контактирования ;

В - номинальная площадь контактирования.

Пример, Производят измерения на образцах теллурида свинца . пгтипа с концентрацией носителей 510 т , имеющих удельг ное сопротивление У3-10 3; .см Используют вольфрамовый зонд, sariaченный электролитически до радиуса закругления острия 0,1-0,3 мкм,

Данные, полученные при измерениях приведены в таблице. ПараметрТзначен - Ток Од , мкА40 Напряжение Ux, мкВ .i20 Термо-ЭДС V, мкВ56 Термо-ЭДС V, мкВ48 Ток импульса 3, мдю Радиус отпечатка зонда ttn, мкм1 Глубина отпечатка 1i , мкм-2 Средняя высота микровыступов $ f мкм 0,01 Плотность микровыступов 1 -, NvПо данным приведенным в таблице расчитаны сопротивление растекания Rg 3,0 Ом, эффективный радиус контактирования ае 0,14 мкм, удельное сопротивление р 2,64 10 4ОМ;|СМ.

Усреднение данных шестидесяти измерений удельного сопротивления по предлагаемому способу с разрешением по координате 2 мкм дало значение р 2,5110 Ом.см, что с точностью 5% совпадает с величиной р измеренной двухзондовьм способом.

Формула изобретения

Способ -измерения удельного электричес1 ого сопротивления полупроводниковых материалов, основанный на измерении сопротивления растекания металлического зондового контакта к полупроводнику, определении -6 -10

эффективного радиуса контактирования и определении удельного сопротивления расчетным путем, о т л и- чающийс я тем, что, с целью упрощения и обеспечения возможности измерений удельного сопротивления сильнолегированных полупроводников, . для определения эффективного радиуса контактирования через зондовый контакт пропускают два импульса тока равной амплитуды и длительности, но противоположной полярности и регистрируют возникающие при этом термоЭДС. .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Малышев В. А. Измерение удельного сопротивления полупроводниковых материалов методом сопротивления растекания.-Обзоры по электроннойтехнике, 1974, сер. 2, вып. 6.

2.Патент ГДР № 81164, кл. G 01 R 31/2.6, 1970, Прибор для измерения Фотоусилитель Ф-116/1 Цифровой вольтметр В7-21 Осциллограф С8-13 Осциллограф С8-13 Амперметр М НО4 Микроскоп МИМ-8 Микроскоп МИМ-8 Микроскоп МИМ-8 (оценка) Микроскоп МИМ-8 (оценка)