1.5Метод опору розтікання
Метод опору розтікання широко використовується для вимірювання ПЕО напівпровідникових пластин і плівок, оскільки застосування чотиризондового методу тут обмежено.
Суть цього методу пояснюється рис. 1.4. Як відомо, в області контакту металевого зонда з напівпровідником виникає контактний опір Rk, величина якого залежить від напряму струму. Об'єм напівпровідника, між зондом і тильним контактом, чинить струму деякий опір Rs, що є так званим опором розтікання, який залежить від величини ПЕО напівпровідника.
Площа тильного контакту звичайно велика, тому він є омічним, і величиною його опору порівняно з Rk можна нехтувати. Якщо зонд і тильний контакт достатньо далеко один від одного, то эквіпотенціальні поверхні, як показано на рис. 1.4, у міру поглиблення в товщу напівпровідника міняють свою форму від початкової, визначуваною геометрією самого зонда, до плоскої, поблизу тильного контакту. При цьому силові лінії струму, перпендикулярні эквіпотенціальним поверхням, найбільш згущуються поблизу зонда і розходяться у міру поглиблення в напівпровідник.
Тому велика частина Rs обумовлена опором тієї частини об'єму напівпровідника, яка примикає безпосередньо до зонда.
Припускаючи, що поверхня області торкання зонда з кристалом є плоским кругом діаметром 2r, У.Шоклі запропонував просту формулу для визначення ПЕО:
(1.18)
На практиці звичайно використовуються зонди, що забезпечують точковий контакт, кінчик яких закруглює у формі півсфери діаметром 2r. В цьому випадку розрахунок ПЕО проводиться по дещо видозміненій формулі:
(1.19)
Опір Rk + Rs між зондом і тильним контактом може бути визначений відомими методами. Rs знаходять експериментально, прикладаючи великі напруги в пропускному напрямі, що дозволяє нехтувати значенням Rk.
Основні особливості методу опору розтікання:
Має хорошу локальністю (один зонд), що дозволяє використовувати його для контролю зразків малих розмірів і одержувати профіль розподілу величини ПЕО по координаті.
По суті, є неруйнуючим і не вимагає спеціальної підготовки поверхні.
Дозволяє здійснити безпосередній відлік і є достатньо экспресним.
Погрішність вимірювань пов'язана з невизначеністю в геометрії контакту і неточністю вимірювання величини 2r і тому може бути досить значною.
а) структурна схема контакту метал-напівпровідник: 1 – зонд; 2 – зразок; 3 – тильний омічний контакт; 2r – діаметр контакту; б) еквівалентна схема контакту метал-напівпровідник: Rk – контактний опір; Rs – опір розтікання.
Рис. 1.4. Схема методу опору розтікання
З метою підвищення точності вимірювань метод опору розтікання, як правило, використовують не в розрахунковому, а в порівняльному варіанті. Для цього спочатку за результатами вимірювань стандартних зразків з відомими значеннями ПЕО будують градуїровочну криву Rs(), по якій потім знаходять шукану величину . Відповідно до основного рівняння прикладної метрології кінцева точність вимірювання ПЕО в даному випадку майже цілком визначається класом точності стандартних зразків. Замітимо, що побудова універсальної залежності Rs() неможлива, оскільки кожна градуїровочна крива справедлива для конкретної системи зонд-напівпровідник.