Измерение удельного сопротивления пластин

Контроль полупроводниковых пластин.

Измерение удельного сопротивления является одной из часто встречающихся контрольных операций при производстве полупроводниковых приборов. Измерения удельного электросопротивления проводят не только на исходных слитках, но и на пластинах, а также на элементах полупроводниковых структур. Данный параметр является чрезвычайно информативным, так как позволяет судить о концентрации носителей заряда, их подвижности, характере активных и пассивных полупроводниковых структур. В микроэлектронике обычно оперируют с величиной, обратной удельному электросопротивлению, называемой удельной электропроводностью. Для собственного полупроводника ее величина определяется выражением:

s = еnm_n + epm_p, (2)

где е - заряд электрона, n и p - соответственно концентрация электронов и дырок, m_n и m_p - подвижности носителей заряда.

Из выражения (2) видно, что при известных значениях подвижности носителей заряда по величине удельной электропроводности можно определить концентрацию носителей заряда. Основное затруднение при измерении удельного сопротивления полупроводника является наличие барьерного слоя в месте присоединения к полупроводнику металлических контактов. Для исключения влияния падения напряжения на указанных контактах были разработаны специальные методики измерения, так называемыезондовые методы измерения.

Двухзондовый метод. Данный метод применяют для измерения удельной электропроводности слитков, имеющих правильную геометрическую форму, например, цилиндра. Измерения проводят вдоль образующей цилиндра, при этом метод позволяет измерять величину удельного электросопротивления в диапазоне от 10^-3 Ом*см до 10⁴ Ом*см. Схема метода показана на Рис. 6.

Рис. 6. Схема двухзондового метода измерения удельного электросопротивления полупроводникового слитка.

Перед началом измерений торцевые поверхности слитков шлифуют, и на них наносят металлические контакты. Вдоль образующей слитка шлифуют плоскую дорожку шириной 5 мм, вдоль которой наносят разметку через 5 мм. Через торцевые контакты через слиток пропускают постоянный ток от внешнего источника электропитания. На плоскую дорожку образца под определенным давлением опускают два заточенных зонда на расстоянии l друг от друга.Если считать, что слиток однороден, а электрическое поле в нем, создаваемое протекающим током, равномерно, то эквипотенциальные поверхностив образце будут параллельны друг другу и перпендикулярны его оси. Тогда в соответствии с законом Ома величина удельного электросопротивления будет равна:

r = U_1-2 S/Jl, (3)

где U_1-2 - падение напряжения между зондами, J - ток через слиток, S - площадь поперечного сечения слитка.

Для устранения влияния на результат измерений сопротивления в контакте зонд - полупроводник используют компенсационный метод измерения, при котором ток через контакты в момент измерения равен нулю. Измерения на слитках с высоким значением удельного электросопротивления проводят в темноте. Погрешность измерения удельного электросопротивления двухзондовым методом составляет 6 %.