Способ измерения удельного электрического сопротивления полупроводниковых материалов

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСЛНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пп 7659О9 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 300Ю 8 (21) 2660522/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 2309.80. Бюллетень № 35

Дата опубликования описания 2 309.80 (51)м к, 3

Н 01 1, 21/66

Государственный иомнтет

СССР по делам изобретений н открытнй (53) УДК 621. 382 (088. 8) (72) Авторы изобретения

E,Ï. Сабо и Ю,Д, Титаренко (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО

СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

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

Известен способ измерения удельного электрического сопротивления полупроводниковых материалов, основанный на измерении сопротивления растекания контакта металл-полупроводник jl) . Определяемое по этому способу удельное сопротивление связано с сопротивлением растекания Нз зависимостью где © - эффективньй радиус контакт тирования, Недостатком этого метода является высокая .погрешность, обусловленная погрешностью определения эффективного радиуса контактироваиия.

Известен также способ измерения удельного электрического сопротив- ления полупроводниковых материалов, основанный на измерении сопротивления растекания металлического зондо ваго 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 контакта, которая пропорциональна эффективной площади контактирования и, следовательно, эффективному радиусу контактирования.

Недостатками этого способа являются его сложность, обусловленная барьерной емкости малой площади, а также непригодность для измерения удельного сопротивления сильнолегированных полупроводниковых материалов, так как контакты к ним обладают омическими характеристиками.

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

Это достигается тем, что для определения эффективного радиуса контактирования через зондовый контакт пропускают два импульса тока равной амплитуды и длительно765909 сти, но противоположной полярности и регистрируют возникающие при этом термо-ЭДС.

Измерение удельного .сопротивления полупронодника по предлагаемому способу проводится следующим образом.

После установки зонда .на образец измеряется сопротивление контакта зонд-полупроводник, т.е, сопротивле" ние. растекания Н .,После этого с интервалом времени, достаточным для установления теплового равнонесия н системе зонд-образец, через контакт пропускают два импульса .тока одинаковой амплитуды и длительности с противоположной полярностью.

При протекании через контакт тока в приконтактной области ныделяется тепловая энергия Р, алгебра ически суммирующаяся из тепла

Джоуля Э R и тепла Пельтье ПЭ, где

П вЂ” коэффициент Пельтье .. P

+ ПЛ +Э R .

Выделяющаяся энергия создает в полупроводнике градиент температуры .аТ:

2 г jj где  — термическое сопротивление контактау

f — безразмерный коэффициент, учитывающий распределение тепла Джоуля в приконтактной области.

Градиент температуры приводит к появлению на контакте сигнала термоЭДС Ч:

=АьТ = ПЭВ.} +Wf Э RSRTi где (— коэффициент дифференциальной 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+ =+йПЖ +d. f J Войт (тепло (тепло Пельтье выделяется на контакте) ПЭ .т (.f3 R Rт (тепло Пельтье поглощается на контакте), Исключая из этих уравнений тепло

Джоуля, имеем ьМ=ч+ -ч=-Ыпж =2А тЭат так как П = с}.Т.

Дальнейшие элементарные преобразования с целью исключения параметра

oL приводят к следующему выражению для термического сопротивления R i ч т где Чд = V + V

35

S0 где S — эффективная площадь конВ тактированияу

S> — номинальная площадь контактирования, Пример . Производят измерения на образцах теллурида свинца п-.òèïà с концентрацией носителей

5 ° 10 > - . 2 ° 10"" см->, имеющих удель- ное сопротивление =3 10 3; 10 0м.см

Используют воль фрамовый зонд, заточенный электролитически до радиуса закругления острия 0,1-0,3 мкм.

Данные, полученные при измерениях приведены в таблице.

В выражении для В. величины V Т

ЯР I

ДЧ,, J и R> изменяются непосредственно, а безразмерный коэффициент fi зависящий от соотношения сопротивлений материала зонда и полупроводника, является подгоночным параметрам, изменяясь н пределах 0 5-:1,0.

С учетом того, что контактирование зонда с полупроводником происходит по вершинам микронеоднородностей, а термическое сопротивление складывается из термического сопротивления газовой прослойки в зазоре между поверхностью зонда и полупроводника и термического сопротивления, обус1 ,ловленного стягиванием теплового потока в местах контактирования микронеоднородностей зонда и полупроводника, конечное выражение для термического сопротивления имеет вид: х

20 б%(и

44а.д Пс} ЬЮ+ Ии 21 В(о Ъ -2О©

25 где сà — средняя высота микронеровностей поверхности зонда; п — общее количество микровыступов;

А - приведенная теплопронодность контакта; амплитуда токовых импульсов; }} - глубина конуоного отпечатка; ,А - теплопроводность газовой с прослойки; и - радиус видимого конусного от пе чатка;

Ое эффективный радиус контактиронания, Ч И )E " 2trt (} — } — — ", (4)

4 где }t — коэффициент идеальности контакта; е

}1 1 ï

765909

Значение Прибор для измерения

Параметр

Ток g--, мкА

Фотоусилитель Ф-116/1 цифровой вольтметр В7-21

Ос цилло граф С 8-1 3

Напряжение U мкВ

Термо-ЭДС V, мкВ

120

Осциллограф С8-13

Термо-ЭДС V, мкВ

Ток импульса,J, мА

Амперметр М 1104

Радиус отпечатка зонда

; an, МКМ

Микроскоп МИМ-S

Микроскоп МИМ-8

Глубина отпечатка И, мкм 2

Средняя высота микровыступов д мкм 0,01

Микроскоп МИМ-8 (оценка) Плотность микровыступов

VI = — 1hn 9n

6 ° 10

Микроскоп NHM-8 (оценка) 35

Формула изобретения

45

Составитель Л, Смирнов

Редактор Т, Клюкина Техред М. Левицкая, Корректор Ю. Макаренко

6521/49 Тираж 844 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета .СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Заказ

Филиал ППП Патент, r, Ужгород, ул. Проектная, 4

По данным приведенным в таблице расчитаны сопротивление растекания

R = 3,0 Ом, эффективный радиус ,5 контактирования а = 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 Я = 2,51 10 Ом,см, что с то-4 чностью 5Ъ совпадает с величиной р измеренной двухзондовым способом.

Способ измерения удельного электрического сопротивления полупроводниковых материалов, основанный на измерении сопротивления растекания металлического зондового контакта к полупроводнику, определении эффективного радиуса контактирования и определении удельного сопротивления расчетным путем, о т л и-. ч а ю шийся 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. A. Измерение удельного сопротивления полупроводниковых материалов методом сопротивления растекания.-Обзоры по электронной технике, 1974, сер. 2, вып. 6.

2. Патент ГДР 9 81164, кл. G 01 R 31/26, 197 О,