Способ измерения электрофизических параметров межфазной границы электролит-полупроводник

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МЕЖФАЗНОЙ ГРАНИЦЫ ЭЛЕКТРОЛИТ-ПОЛУПРОВОДНИК , включающий пропускание через границу основного импульса тока прямоугольной формы и измерение приращения напряжения на границе, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности, пропускают дополнительный импульс тока противоположной полярности после основного импульса тока, а измерение производят в интервале между основным и дополнительным импульсами тока, при этом величины зарядов, вносимы.ч основным и дополнительным импульсами тока , выбирают из условий Q, i КТС/е, Q, + Q, О, где QI -заряд, вносимый основным импульсом тока; Q - заряд, вносимый дополнительным импульсом тока; К - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура; (О е - заряд электрона; (Л С - геометрическая емкость межфазной границы. о Oi со о оо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1069034 A

g(gg Н 01 1. 21/66; G 01 R 31/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ &, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3467677/18-21 (22) 31.05.82 (46) 23.01.84: Бюл. № 3 (72) В. Б. Божевол ь нов, А. В. Горл и н, О. С. Николаев, О. В. Романов и N. А. Соколов (71) Ленинградское научно-производственное объединение «Буревестник» и ЛГУ им. А. А. Жданова (53) 621.3.08 (088.8) (56) 1. Journà1 Е1ес1гос1п1ппса1 Society, № 1 (127), 1980, рр. 222 — 228.

2. Кротова M. Д. и др. Установка для измерения дифференциальной емкости при непрерывном изменении потенциала электрода. — «Электрохимия», 1969, № 5, с. 291. (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МЕЖФАЗНОЙ ГРАНИЦЫ ЭЛЕКТРОЛИТ-ПОЛУПРОВОДНИК, включающий пропускание через границу основного импульса тока прямоугольной формы и измерение приращения напряжения на границе, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, пропускают дополнительный импульс тока противоположной полярности после основного импульса тока, а измерение производят в интервале между основным и дополнительным импульсами тока, при этом величины зарядов, вносимых основным и дополнительным импульсами тока, выбирают из ус.повий

Q, а КТС/е, Q, + Q, = О, где Q, — заряд, вносимый основным импульсом тока; (,) — заряд, вносимый дополнительным импульсом тока;

К вЂ” постоянная Больцмана;

Т вЂ” абсолютная температура; е — заряд электрона;

С вЂ” геометрическая емкость межфазной границы.!

069034

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для контроля параметров полупроводниковых материалов в процессе их изготовления, Известны способы измерения электрофизических характеристик межфазной границы, например, способ измерения концентрации носителей тока посредством измерения дифференциальной емкости границы раздела электролит-полупроводник при послойном стравливании поверхности образца.

Здесь измерение емкости границы производится на переменном токе на частоте

3 кГц (1) .

Однако способ обладает низкой точностью.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ измерения электрофизических параметров межфазной границы электролит-полупроводник, включающий пропускание через границу основного импульса тока прямоугольной формы и измерение приращения напряжения на границе, при этом измерение приращения напряжения производится за время действия основного импульса тока (2).

Величина этого приращения ь1!«пропорциональна дифференциальной емкости границы раздела электролит-полупроводник.

К недостаткам такого способа измерения емкости следует отнести относительно низкую точность, связанную с малой величиной аЦ, (десятые и сотые доли от амплитуды положительного импульса), отсутствием привязки к нулевому уровню (влияние омической составляющей) . Кроме того, большая скважность импульсов (более 200), а следовательно, малое время измерения и искажение формы импульса ограничивают точность при преобразовании импульсного сигнала в аналоговый.

Целью изобретения является повышение точности измерений электрофизических параметров межфазной границы.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу измерения электрофизических параметров межфазной границы электролит-полупроводник, включающему пропуска ние через границу основного импульса тока прямоугольной формы и измерение приращения напряжения на границе, пропускают дополнительный импульс тока противоположной полярности после основного импульса тока, при этом измерение производят в интервале между основным и дополнительным импульсами то ка, а величины зарядов, вносимых основным и дополнительным импульсами тока выбирают из условий

Q< 1 КТС/е, О + Я, = О, где (,), — заряд, вносимый основным импуль сом тока; где Q — заряд, вносимый дополнительным импульсом тока;

С вЂ” геометрическая емкость межфазной границы;

К вЂ” постоянная Больцмана;

Т вЂ” абсолютная температура; е — заряд электрона.

На фиг. 1 изображена последовательность импульсов напряжения на границе электролит-полупроводник; на фиг. 2 блок-схема устройства, реализующего способ; на фиг. 3 — упрощенная эквивалентная схема межфазной границы электролит-полупроводник.

Напряжение на границе электролит-полупроводник состоит из двух импульсов основного 1 положительной полярности и дополнительного 2 противоположной полярности.

За время действия основного импульса 1

10 !

5 напряжение на границе получает прирашение 3, измерявшееся в известном способе

По окончании воздействия основного им20

Для получения выражения для напряжения на вспомогательном электроде 11 рассмотрим упрощенную эквивалентную схему (фиг. 3) межфазной границы электролитполупроводник. Генератор 16 импульсного напряжения (Е) совместно с резистором !7 (К.) образует генератор импульсов тока;

18 — — сопротивление раствора и образца (R ), 19 — сопротивление межфазной границы (R,), 20 — емкость межфазной границы (С1).

Для сохранения линейной зависимости между приращением 3 напряжения и величиной измеряемой емкости 20 длительность импульса тока должна быть не более 10 мкс

55 пульса 1 на границе остается приращение 4 напряжения, которое измеряется в течение времени 5, между основным 1 и дополнительным 2 импульсами. Если суммарный заряд, внесенный основным и дополнительными импульсами тока, не равен нулю, возникает ошибка измерения 6.

Образец полупроводника (c г. 2) помешается в электрохимическую ячейку 7, основным электродом 8 которой является образец полупроводникового материала, и которая содержит электрод 9 сравнения, электрод 10 внешней поляризации, вспомогательный электрод 11, который подключен к выходу генератора 12 двухполярных прямоугольных импульсов и входу усилителя 13 со стробируемым детектированием, общие шины которых соединены с основным электродом 8, обшей шиной устройства и обшими шинами программатора 14 и потенцио40 стата 15. Выход программатора 14 соединен с управляющим входом потенциостата 15, первый выход которого соединен с электродом 9, а второй — с электродом 10.

069034

1

При этом напряжение на вспомогательном электроде 11 равно (-1 = iRo+

CLi

C где i — амплитудное значение импульса тока;

R — сопротивление раствора и образца;

Q — заряд, сообщаемый межфазной границе за время действия положительного импульса;

С1 — емкость межфазной границы.

Равенство нулю суммарного заряда повышает точность измерения. Кроме того, в момент измерения к межфазной границе приложен значительно меньший потенциал по сравнению с прототипом, так как при

i = 0 в уравнении (1) первое слагаемое равно 0 и, следовательно, напряжение теперь определяется только вторым слагаемым с1

Измерение электрофизических пара метров межфазной границы электролит-полупроводник осуществляется следующим образом. К исследуемому образцу полупроводникового материала припаивают контакты,, образец с контактами закрепляют на специальный держатель. Затем поверхность образца очищают в травителе, после чего образец с держателем помещают в ячейку 7, которую затем заполняют электролитом и помещают электроды 10 — 11. С помощью потенциостата 15 задают на образце потенциал, величина которого выбирается в зависимости от исследуемого материала. К промежутку основной — вспомогательный электрод подводят последовательность импульсов тока, в которой после каждого основного положительного импульса 1 следует разряжающий имнульс 2 противоположной полярности, при этом заряд в импульсе 1 нормализуют из условия

Я, а заряд в импульсе 2 выбитс рают так, чтобы суммарный заряд, воздействующий на образец (межфазную границу), за цикл измерения равнялся нулю.

Измеряют отклик системы на внесенный заряд после действия положительного импульса, например, измеряя приращение 4 напряжения с помощью стробируемого детектора, шкала которого отградуирована обратно пропорционально емкости межфаз4 ной границы, одновременно снимают вольтамперную зависимость i = f(f), по результатам измерения приращения 4 строят зависимость С, = f(f), где $ — разность потенциалов между основным 8 и вспомогательным 11 электродами.

Указанные зависимости связаны с физическими параметрами исследуемого полупроводникового материала, например, концентрацией носителей заряда. При послойном стравливании поверхности образца и регистрации для каждого слоя i = f(Ô ) и С1 — — f(f ) можно получить распределение концентрации носителей по глубине образца (профиль легирования).

Возможность применения синхронного детектирования позволяет регистрировать сигнал на приборах с малым быстродействием, например самопишущих потенциометрах, которые обладают существенно большей точностью по сравнению с электроннолучевыми осциллографами.

Экспериментальная проверка способа по казала, что случайная составляющая погрешности составляет не более 5О О при существенном уменьшении методической по грешности по сравнению с известным способом.

Воздействие на межфазную границу последовательностью чередующихся импульсов тока разной полярности измерение отклика системы на прямоугольный импульс положительной полярности позволяет по сравнению с известными способами исключить влияние на результат измерения искажений формы импульса, так как приращение 4 определяется только зарядом Я1, сообщенным межфазной границе за время действия положительного импульса тока.

При этом измерение электрофизических параметров межфазной границы происходит при более низких потенциалах, так как в момент измерения 1К = О. Кроме того, привязка к нулевому уровню в каждом цикле измерения, так как суммарный заряд равен нулю (т. е. ошибка 6 стремится к нулю) позволяет повысить частоту следования импульсов, которая в этом случае мало зависит от инерционности процесса разряда емкости, так как ошибка 6 уменьшается при уменьшении интервала 5.

106903ф

17

Составитель В. Карпов

Редактор Т. Кугрышева Техред И. Верес Корректор М. Шароши

Заказ 10968/50 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская иаб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4