1.11.Апаратура для вимірювання питомого електричного опору напівпровідників
Установками для вимірювання ПЕО напівпровідників, що використовуються в промисловості, є, як правило, складний метрологічний комплекс, що складається з декількох функціонально з'єднаних блоків: стабілізованого джерела струму (генератора струму), маніпулятора, приладу для вимірювання падіння напруги, блоку фіксації і обробки результатів вимірювань (цифродрукуючий пристрій, самописець, вбудована ЕОМ і т.д.). Блок-схема такої установки показана на рис. 1.8.
1 – джерело струму; 2 – маніпулятор з вимірювальним датчиком; 3 – прилад для вимірювання падіння напруги; 4 – блок фіксації і обробки результатів вимірювань.
Рис. 1.8. Блок-схема зондової установки вимірювання ПЕО
Джерело струму повинне працювати в режимі генератора струму, тобто величина сили струму не повинна змінюватися при перенесенні зондів з однієї точки зразка в іншу. Звичайно він повинен забезпечувати зміну полярності струму і діапазон значень сили струму, відповідний призначенню установки. Допустимі відхилення сили струму в процесі вимірювань повинні бути не більше 0,5 % від його величини, а погрішність вимірювання – не більше 0,5 %.
Маніпулятор служить для кріплення зразка (злитка) і забезпечення переміщення вимірювального датчика щодо зразка.
Вимірювальний датчик (вимірювальна головка, вимірювальний перетворювач) служить для знімання сигналу вимірювальній інформації з тієї або іншої крапки або ділянки зразка.
В СНГ застосовують стандартні вимірювальні перетворювачі для чотиризондових вимірювань: С2080 – на =1,30 0,01 мм; С2080М – на = 1,590 0,013 мм і на = 0,750 0,008 мм
Вимірювальна головка містить пружинячі лінійно розташовані зонди з вольфрамового дроту діаметром 0,5 мм із загостреним наконечником з твердих сплавів карбіду вольфраму (ВК 10, ВК 15, ВК 20), розміщені в утримувачі з ізолюючого матеріалу (фторопласт, оргскло), в отвори якого вставлені зносостійкі рубінові направляючі. Максимальний розмір робочої площі зонда не перевищує 50 мкм. Сила притиску кожного зонда до зразка коливається в межах 0,5.2,0 Н.
Вимірювальні головки, що виготовляються іноземними фірмами, мають приблизно таку ж конструкцію, але відрізняються номіналами міжзондових відстаней. Найбільш поширені номінали 1,00 і 0,75 мм На рис. 1.9 і 1.10 показані
2.Методи вимірювання часу життя, нерівноважних носіїв заряду
2.1.Час життя нерівноважних носіїв заряду як найважливіший
характеристичний параметр напівпровідника.
Управління потоками нерівноважних носіїв заряду лежить в основі роботи абсолютної більшості напівпровідникових приладів. Тому крім величини ПЕО область застосування і умови функціонування приладів визначає і такий найважливіший параметр висхідного матеріалу як час життя нерівноважних носіїв заряду (н.н.з). Час життя однозначно пов'язано з дифузійною довгою носіїв заряду L:
(2.1)
де D – коефіцієнт дифузії носіїв заряду.
Величина часу життя індивідуальна для напівпровідників різної хімічної природи і чутлива до центрів з глибокими рівнями, дислокаціям і іншим дефектам структури. Чим вище концентрація цих центрів і їх перетин рекомбінації, тим менше час життя. В більшості випадків в напівпровідниковому приладобудуванні використовують чисті і структурно досконалі кристали, високі значення часу життя, що мають. Проте, для ряду найважливіших застосувань (імпульсні і високочастотні прилади, інжекційні лазери, напівпровідникові джерела світла і ін.) необхідні рисі значення часу життя. Діапазон значень , охоплюваний метрологією напівпровідників, тягнеться від сотень мікросекунд до наносекунд і менше.
Вибір методу вимірювання часу життя визначається специфікою роботи відповідних типів напівпровідникових приладів.
Через вище сказані причини в даний час існує декілька десятків різних варіантів методик вимірювання часу життя, з яких в практичній метрології напівпровідників затвердилися лише деякі.
Інтерпретація часу життя як параметра,що характеризує властивості матеріалу, утруднена тим, що його зміряні значення в загальному випадку сильно залежать від умов цих вимірювань: рівня інжекції надмірних носіїв заряду, умов збудження (стаціонарне або нестаціонарне, рівномірне або нерівномірне) і т.д.
Відмінність між характеристичними і зміряними значеннями стирається при малих концентраціях центрів рекомбінації і низьких рівнях інжекції.
Тому метрологічно правильно (і це дотримується у всіх стандартах на напівпровідники, включаючи міжнародні), називаючи конкретне значення , обов'язково указувати, яким методом воно зміряно.
При всьому їх різноманітті методи вимірювання діляться на дві групи:
Прямі вимірювання по загасанню надмірної провідності з часом.
Непрямі вимірювання через L (див. формулу 2.1), коли оцінюється просторовий розподіл надмірних носіїв заряду.
Слід зазначити, що зміряний (ефективний) час життя ( эфф) визначається рекомбінацією носіїв заряду як в об'ємі напівпровідника, так і на його поверхні і пов'язано з об'ємним ( v) і поверхневим ( s) часом життя співвідношенням:
(2.2)
У свою чергу поверхневий час життя для пластини завтовшки d може бути виражений як:
(2.3)
де S – швидкість поверхневої рекомбінації.
Для визначення v вимірювання проводять на товстих пластинах (злитках) і роблять швидкість поверхневої рекомбінації мінімальною (звичайно шляхом тонкої шліфовки і травлення поверхні). Якщо ж проводити вимірювання на достатньо тонких пластинах, то з'являється можливість вимірювання S.
Таким чином, майже будь-який метод вимірювання часу життя при виконанні певних умов трансформується в метод визначення швидкості поверхневої рекомбінації.