Измерительный ртутный зонд Советский патент 1982 года по МПК H01L21/66 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ РТУТНЫЙ ЗОНД

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в измерительных устройствах для исследования и контроля неоднородности распределения электрофизических параметров по поверхности полупроводниковых и диэлектрических материалов.

Известны конструкции зондов для измерения параметров полупроводниковых и диэлектрических материалов, выполненное в виде капилляра со ртутью, снабженного механизмом, прижимающим ртуть к измеряемой поверхности, выполненным в виде упругой мембраны, прилегающей к ртути 1.

Недостатками таких зондов являются: необходимость выдерживать расстояние от поверхности зонда до поверхности образца 10 мкм с точностью 1-2 мкм; плохая воспроизводимость поверхности контакта сложность получения достаточного давления ртути для работы с зондом диаметром менее 80 мкм.

Наиболее близким к изобретению техническим рещением является сканирующий

измерительный зонд, содержащий намагниченную иглу и контактное устройство в виде неэлектропроводного несмачиваемого ртутью диска ,со сквозным аксиальным капилляром, заполненным ртутью, снабженным намагниченной заглущкой для прижатия ртути к измеряемой поверхности 2.

Недостатками этого зонда являются плохая воспроизводимость поверхности контакта вследствие возможной потери ртути при перемещении зонда, сложность заправ10ки зонда, ненадежность в работе и трудность при работе с капилляром диаметром менее 100 мкм, что ограничивает разрешающую способность зонда.

Цель изобретения - повыщение надежности контактирования и точности изме15рений.

Указанная цель достигается тем, что в измерительном ртутном зонде, содержащем диэлектрический диск со сквозным аксиальным капилляром, заполненным ртутью,

20 и механизм перемещения ртути, механизм перемещения ртути выполнен в виде нагревателя и соединенной с капилляром замкнутой емкости, заполненной диэлектрической жидкостью и ртутью, между которыми размещена мембрана, причем нагреватель расположен над мембраной.

На фиг. 1 изображен предлагаемый зонд с нагревателем, размещенным снаружи емкости, общий вид; на фиг. 2 - то же, с нагревателем, размещенным внутри емкости.

Измерительный ртутный зонд (фиг. 1) содержит намагниченную иглу t и механизм перемещения ртути к измеряемой поверхности, состоящий из магнита 2, к которому крепится емкость 3, заполненная жидкостью 4, в которой имеется пузырек газа. Емкость снабжена нагревателем 5, который может быть размещен снаружи или внутри ее (фиг. 2), и сообщается с капилляром 6, заполненным ртутью 7. Капилляр 6 выполнен аксиально в диэлектрическом, не смачиваемом ртутью диске 8. Электрический контакт 9 между ртутью и магнитом иглы выполнен из металла, не взаимодействующего со ртутью. Между ртутью и жидкостью емкости размещена мембрана 10.

Зонд работает следующим образом.

При опускании зонда на исседуемую поверхность и включении нагревателя 5 жидкость 4 расширяется и выталкивает ртуть в капилляре 6 к поверхности образца. На поверхности образца ртуть образует контактную площадку, причем радиус кривизны свободной поверхности ртути уменьшается, что соответствует увеличению давления ртути. Газовый пузырек в жидкости, уменьшаясь в объеме, предохраняет механизм от чрезмерного возрастания давления.

Во втором варианте конструкции измерительного ртутного зонда (фиг. 2) механизм перемещения ртути содержит магнит 2, к которому крепится емкость 3, заполненная диэлектрической жидкостью 4 с внесенным внутрь нагревателем 5. Емкость сообщается с капилляром 6, заполненным ртутью 7. Электрический контакт 9 к ртути выполнен из металла, не взаимодействующего с ртутью. Магнит 2 изолирован от измеряемой поверхности диэлектрическим диском.

Выполнение в описанном зонде механизма перемещения ртути в виде емкости, снабженной нагревателем, позволяет осуществить стабильное прижатие ртути к измеряемой поверхности, что обеспечивает постоянную площадь контактирующей поверхности. Это приводит к увеличению надежности работы и точности электрических измерений. Термическое расщирение жидкости позволяет получать большое давление, необходимое для работы с капиллярами диаметром менее 80 мкм. Для работы с зондом с капилляром 0 10 мкм необходимо давление 4 атм, что невозможно получить в зондах известных конструкций. Поскольку жидкость обладает малой сжимаемостью, можно получать любое необходимое давление в предложенном зонде за счет термического расширения жидкости.

Использование нагревателя внутри диэлектрической жидкости (фиг. 2) уменьшает тепловую инерционность зонд5. Размещение магнита вокруг капилляра упрощает перестановку зонда. Простота перестановки и малая инерционность позволяют использовать зонд для экспресс-измерений.

Формула изобретения

Измерительный ртутный зонд, содержащий диэлектрический диск со сквозным аксиальным капилляром, заполненным

30 ртутью, и механизм перемещения ртути, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности контактирования и точности измерений, механизм перемещения ртути выполнен в виде Нагревателя и соединенной с капилляром замкнутой емкости, заполненной диэлектрической жидкостью и ртутью, между которыми размещена мембрана, причем нагреватель расположен над мембраной.

...Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР № 617726, кл. G 01 R 1/06, 1976.