Методы измерения концентрации и подвижности носителей заряда

Особые трудности при контроле качества эпитаксиальных структур вызывает измерение удельного сопротивления эпитаксиальных слоев, выращенных на сильнолегированной подложке. Четырехзондовый метод непригоден для контроля удельного сопротивления эпитаксиальных слоев, выращенных на сильнолегированной подложке.

Трехзондозый метод, основан на измерении напряжения пробоя точечного контакта МП и ранее широко использовался для контроля концентрации легирующей примеси в эпитаксиальных nn+ и pp+ структурах.

На поверхность полупроводника опускают три зонда (рис.3.1). Зонды 1 и 2 образуют с полупроводником омические контакты, а зонд 3 создает потенциальный барьер. Измеряют напряжение пробоя этого контакта. Между зондами 1 и 3 прикладывают пульсирующее напряжение с полярностью, соответствующее обратному смещению контактного барьера 3. Контакт между зондом 1 и полупроводником не строго омический, и на нем может падать напряжения за счет протекающего тока. В результате точность измерения пробивного напряжения снижается. Поэтому измерение напряжения на контакте между зондом 3 и полупроводником осуществляют с помощью зонда 2, используя оциллограф и импульсный вольтметр с большим входным сопротивлением. Тока в цепи контактов 2 и 3 и падения напряжения на контакте 2 нет.  Обратная ветвь ВАХ точечного контакта представлена на рис.3.2.

Напряжение пробоя точечного контакта зависит от многих внешних факторов, поэтому аналитической формулы для расчета удельного сопротивления по измеренному значению пробивного напряжения не существует. Трехзондовый метод — калибровочный. Калибровка — по рабочим эталонам с известным ρ. По результатам измерения эталонов трехзондовым методом строится градуировочная кривая UB=f(ρ) или UB=f(N).

Диапазон измеряемых удельных сопротивлений – от 0,1 до 4 Ом·см. В указанном диапазоне калибровочная кривая может быть аппроксимирована степенной функцией (рис.3.3)

UB=AN-B,

или

UB=aρb.

Параметры Aи Bкалибровочной кривой и погрешность трехзондового метода зависят от ряда факторов. Вольт-амперная характеристика точечного контакта должна позволять точно фиксировать момент пробоя, что, в первую очередь, определяет точность измерения напряжения пробоя. Достигается это соответствующим выбором материала зондов, формой контактирующей площадки и нагрузкой на нее.

Вспомогательные зонды 1 и 2 изготавливаются из таких материалов, как инструментальная сталь или твердые специальные сплавы, что позволяет получить низкие контактные сопротивления. Чтобы точка перегиба вольт-амперной характеристики в момент пробоя фиксировалась очень четко, сопротивление контактного барьера должно быть достаточно высоким. Для этого контактирующую поверхность зонда 3 делают с малым радиусом закругления — порядка нескольких единиц или десятков микрометров. С увеличением давления на зонд токи утечки контактного барьера возрастают, а пробивное напряжение падает. Происходит это вследствие увеличения площади контактирующей площадки в результате упругой и пластической деформации острия зонда под нагрузкой. Чтобы ограничить случайную ошибку измерений вследствие упругой деформации острия зонда и систематическую погрешность из-за его пластической деформации, зонды изготавливают из твердых материалов, а давление на зонд строго эталонируют и устанавливают по возможности минимальным, но обеспечивающим хорошую сходимость результатов измерений.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector