книги / Оборудование для производства полупроводниковых диодов и триодов

вочный коэффициент, зависящий от толщины пластины и расстояния между зондами.

Последнее равенство справедливо при вы­ полнении следующих условий: 1) точки сопри­ косновения зондов с поверхностью пластины лежат на одной прямой; 2) контактирующие концы зондов имеют полусферическую форму небольшого диаметра; 3) .инжекцией неоснов­ ных носителей можно пренебречь (для умень­ шения влияния инжекции на результаты изме­ рения .поверхность пластины в местах измере­ ния предварительно шлифуется); 4) расстоя­ ние от зондов до ближайшего края пластины во много раз превышает расстояние между зондами, т. е. образец можно считать полубесконечным.

Величина тока через крайние зонды выби­ рается так, чтобы обеспечить выполнение ра­ венства

/= 2 л 5 ,

где / измеряется в миллиамперах, а 5 — в сан­ тиметрах. Тогда напряжение на средних зон­ дах, выраженное в милливольтах, будет равно

чрезмерного увеличения тока, так кай образец будет нагреваться, что приведет к дополни­ тельной погрешности. Кроме того, весьма же­ лательно для уменьшения влияния инжекции неосновных носителей выбирать ток таким, чтобы напряжение между средними зондами не превышало 100—200 мв.

Для измерения напряжения в установке служит потенциометр типа Р-300 с гальваномет­ ром М195/2 в качестве нуль-индикатора. Кон­ тролируемая пластина 4 (рис. 1-20) устанав­ ливается на столике 3 манипулятора и крепит-

ся на нем пружинными зажимами. Столик укреплен на кронштейне 8 -препаратоводителя 2, который может перемещаться в двух взаим­ но перпендикулярных направлениях вращени­ ем рукояток 9 и 10. Препаратоводитель укреп­ лен на металлическом основании /.Н а этом же основании укреплена стойка; в ее направляю­ щих перемещается каретка 5, на .которой уста­ новлена зондовая половка 7. Каретка переме­ щается эксцентриком при повороте рукоятки 6.

Измерение удельного сопротивления диф­ фузионных слоев и эпитаксиальных пленок, вы­ ращенных на подложке противоположного ти­ па проводимости, производится 4-ЗОНДОВОЙ го­ ловкой. Измерение основано на явлении «самозапирания» р-л-перехода при достижении определенной величины тока через крайние зонды. В этом случае ток .в подложку не от­ ветвляется, и удельное сопротивление будет равно:

р = 4,53<*-^-,

где ^ — толщина диффузионного слоя или эпи­ таксиальной пленки, которая должна быть из­ вестна перед измерением.

Измерение удельного сопротивления эпи­ таксиальных пленок, нанесенных на нпзкоомную подложку одинакового с пленкой типа проводимости, производится по схеме, .приве­ денной на рис. 1-21. Через зонды 1 и 3 пропу­ скается ток I (около 0,1 ма); напряжение на зондах 2 и 4 измеряется. В этом случае удель­ ное сопротивление -пленки можно рассчитать •по формуле

где 51 — расстояние между зондами 1 и 2; к — поправочный коэффициент, величина которого зависит от толщины пленки и расстояния меж­ ду зондами 51; рПОд— удельное сопротивление подложки; 52 — расстояние между зондами 3

и 4.

Эта формула справедлива, если рпл/Рлод^

^5 0 и если 51 соизмеримо с толщиной пленки. При измерении пластина закрепляется на

\— N N

\

Ставили- ■ затор 3

тока .

'Подложка

столике 4 микроманипулятора (рис. 1-22). Нижняя двухзондовая микроголовка 10 с зон­ дами 3 укреплена на держателе 2,' который смонтирован на основании 1. На этом же осно­ вании установлены две направляющие 6, по которым может перемещаться каретка 5. Ка­ ретка .перемещается вверх-вниз с помощью эксцентрика 11, который поворачивается .руко­ яткой 7. На каретке установлена верхняя двух­ зондовая микроголовка 9 с зондами 5.

Один из зондов каждой Э1.икроголовки под­ пружинен и при нажатии может перемещаться по вертикальным направляющим. Такая кон­ струкция микроголовки обеспечивает надеж­ ный контакт зондов с пластиной. Расстояние между зондами может точно регулироваться и устанавливается обычно равным 25—30 мкм.

Для измерения удельного сопротивления кристаллов в автомате {Л. 44] используется метод Ван-дер-По. По периметру кристалла 1 с торца подключены четыре ножевидных кон­ такта а — г (рис. 1-23). Измеряется удельное сопротивление в два такта: первый такт — че­ рез контакты а и б пропускается ток / и .изме­ ряется напряжение 11\ на контактах в и г; вто­ рой такт — ток той же величины пропускается через контакты а и г , напряжение (/2 измеря­ ется между контактами б и в. Удельное со­

где / — толщина кристалла; Р{11\!1!2) — функ­ ция, зависящая от соотношения напряжений

С допустимой для практических целей точ­ ностью можно считать, что ^((ЛДА) = 1, если

Рис. 1-23. Блок-схема автомата сортировки кри­ сталлов по удельному сопротивлению.

^ 1/^2=^1,5. Тогда (1-2) преобразуется

Р= 4,53/ о г+ 112 21

Если .кристаллы предварительно рассорти­ рованы по толщине, а ток при измерении не изменяется, то величина р однозначно опреде­ ляется суммой С1\ 112 '

Автомат содержит коммутатор 2, обеспечи­ вающий необходимые переключения в первом и втором тактах; стабилизатор тока 3; запо­ минающее устройство 4, которое хранит вели­

измерение считается недействительным и кри­ сталл отбраковывается в специальную груп­ пу); сравнивающее устройство 6, которое определяет принадлежность кристалла к одной из 12 групп по результатам сравнения сигнала из вычислительного устройства, пропорцио­ нального величине р кристалла, с наперед за­ данными граничными значениями; исполни­ тельное устройство 7, которое направляет кри­ сталлы в тот или иной бункер в зависимости от сигналов сравнивающего устройства.

, Измерение длины диффузии. Для измере­ ния длины диффузии неосновных носителей тока в монокристаллическом германии приме­ няется фотоэлектрический метод. Специально подготовленная дорожка на слитке германия освещается узким пучком модулированного света (рис. 1-24). На эту же дорожку поме­ щен зонд 6, образующий с германием точеч­ ный выпрямляющий контакт. Световой пучок неподвижен, а образец вместе с зондом может перемещаться. К образцу присоединяется оми­ ческий контакт, который должен быть удален от зонда на достаточно большое расстояние, чтобы можно было считать концентрацию не­ равновесных носителей около этого контакта пренебрежимо малой.

В области светового пятна возникают не­ равновесные носители, которые вследствие диффузии распространяются вдоль образца. Концентрация неосновных носителей (напри­ мер, дырок), введенных в образец, убывает

Рис. 1-24. Принципиальная схема установки для измерения диффузионном длины.

с расстоянием экспоненциально (Л. 5]

Д/?(х)~ехр (—х/1р),

где Ар — концентрация дырок; Х,р — длина диффузии.

Разность потенциалов между зондом и оми­ ческим контактом (область с равновесной'кон­ центрацией) прямо пропорциональна концен­ трации неосновных носителей у зонда (при условии небольших избыточных концентра­ ций). Измеряя эту разность потенциалов при различном расстоянии между зондом и свето­ вым пятном, можно получить зависимость

Ц=Нх).

Сопоставляя полученную эксперименталь­ ную кривую с теоретически рассчитанными для определенных длин диффузии кривыми, можно найти такую теоретическую кривую, которая будет совпадать с экспериментальной. В этом случае значения длины диффузии для экспериментальной и теоретической кривых совпадают.

Возможен и другой способ определения значения диффузионной длины. Если зависи­ мость С/=1(х) построить в полулогарифмиче­ ском масштабе, то по наклону прямой можно определить длину диффузии.

Разность потенциалов измеряется селектив­ ным микровольтметром. Для получения устой­ чивых показаний в установке предусмотрена возможность формовки точечного контакта, для чего через зонд кратковременно пропуска­ ется при нажатии на кнопку постоянный ток от выпрямителя.

Для создания пучка света используются ос­ ветительная лампа 7 (см. рис. 1-24) и оптиче­ ская система 10, состоящая из трех конденсорных линз, оптической щели и объектива типа «Юпитер 8». Модуляция света осуществляется барабаном 9 с отверстиями, который располо­ жен между осветительной лампой и оптиче­ ской системой. Барабан вращается синхрон­

ным электродвигателем 8. Частота модуляции около 100 гц.

Для измерения образец укрепляется зажи­ мами 4, которые служат одновременно токо­ подводящими контактами. Зажимы установле­ ны на координатном столике 11. На этом же столике установлен кронштейн 5 с укрепленным на нем зондом 6. Координатный столик совер­ шает по оси X старт-стопное движение. Дви­ жение на ходовой винт 12 передается от дви­ гателя постоянного тока 1 через редуктор 2 и мальтийский механизм 3.

Подготовка образца к измерению прово­ дится следующим образом. Вдоль образующей слитка шлифуется дорожка шириной не менее 8 мм. Шлифовка осуществляется в два прие­ ма: сначала с применением порошка 220, а за­ тем более мелкого порошка 5. После шлифовки образцы промываются в проточной дистилли­ рованной воде, сушатся и подвергаются трав­ лению в 30%-ном водном растворе перекиси водорода. После травления слитки .промывают­ ся в дистиллированной воде и сушатся без­ зольным фильтром. До измерения подготовлен­ ные образцы должны храниться обернутыми в беззольную фильтровальную бумагу.

Рекомендуется проводить измерения сразу после подготовки образца, так как скорость поверхностной рекомбинации после травления со временем увеличивается, что искажает ре­ зультаты измерения.

Измерение времени жизни неосновных но­ сителей в полупроводниках. Временем жизни неосновных носителей тока называется интер­ вал между возникновением 'неравновесных но­ сителей и их рекомбинацией. Измерение вре­

равновесных условий путем различных внеш­ них воздействий, например инжекцией носите­ лей через точечный контакт металлчполупроводник (в момент пропускания через него им­ пульса тока) или освещением образца.

В установке, принципиальная схема кото­ рой приведена на рис. 1-25, используется .пер­ вый способ генерации неравновесных носите­ лей. На образец (слиток 'германия или крем­ ния) через выпрямляющий точечный контакт, образованный в месте соприкосновения зонда с образцом, подаются в прямом направлении два прямоугольных импульса тока, сдвинутых друг относительно друга на время 1С. Импуль­ сы поступают с двухканального генератора через собирательную схему на диодах Д\ и Д 2. Амплитуда, длительность, частота следования импульсов, а также время задержки второго импульса могут регулироваться.