Способ локального измерения удельного сопротивления полупроводникового материала

 

СПОСОБ ЛОКАЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО МАТЕРИАЛА, вкл|очающий воздействие на исследуе№1й полупроводниковый материал переменным магнитным полем сверхвысокой частоты, отличающийся тем, что с целью увеличения разрешающей способности и расширения диапазона измеряемых величин, к исследуемой области исследуемого полупроводникового материала прикладывают ферритовый.образец , на кот,орый воздействуют внешним постоянным магнитным полем, напряженность которого соответствует условию ферромагнитного резонанса, и которое перпендикулярно переменно-. § му магнитному полю, после чего измеряют ширину линии ферромагнитно (Л го резонанса ферритового образца с в присутствии исследуемого полупроводникового материала и без него и по изменению ширины линии ферромагнитного резонанса определяют удельное сопротивление исследуемого полупроводникового материала в исследуемой области. о о СП 4

44 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ае a1) 359 6 01 Н 22/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М ggtglс @ Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

/ (21) 3562823/18-09 (22) 11.03.83 (46) 30.06.84. Бюл. В 24 (72) А.ВаПомялов (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР (53) 621.317.332.3 (088.8) (56) 1. Алмакаев В.Б., Медведев Ю.В., Петров А.С. Резонатор для бесконтактного измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов.

M., "Электронная техника", Сер. 1

"Электроника СВЧ", вып. 4/328/, 1981, с. 48, 2. Фистуль В.И., Оржевский О.Б.

Беззондовый метод измерения удельного сопротивления сильно легированных полупроводников. — "Заводская лаборатория,", 1963, У 11 с. 1327 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ЛОКАЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ

УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО МАТЕРИАЛА, включающий воздействие на исследуемый полупроводниковый материал переменным магнитным полем сверхвысокой частоты, о т— л и ч а ю шийся тем, что с целью увеличения разрешающей способности и расширения диапазона измеряемых велйчин, к исследуемой области исследуемого полупроводникового материала прикладывают ферритовый образец, на который воздействуют внеш. ним постоянным магнитным полем, напряженность которого соответствует условию ферромагнитного резонанса, и которое перпендикулярно переменно-. му магнитному полю, после чего

О ивмериют мирилу лииии ферромагеитеого резонанса ферритового образца в присутствии исследуемого полупро- С» водникового материала и без него и по изменению ширины линии ферро- р магнитного резонанса определяют удельное сопротивление исследуемого полупроводникового материала в исследуемой области.

1100544

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к спо собу измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов с помощью микроволн, и может быть использовано для контроля распределения примесей в полупроводниковых материалах.

Известен способ локального безконтактного измерения удельного со- 10 противления полупроводниковых материалов, включающий воздействие на исследуемый материал переменным электрическим полем высокой частоты, согласно которому исследуемый мате- 15 риал помещают около отверстия в стенке полого металлического резонатора, которое расположено в области наибольшего электрического поля резонатора, и удельное сопротивление материала определяют по изменению мощности сигнала, проходящего через резонатор, при приложении материала к отверстию. Удельное сопротивление определяется посредством расчета, если известна диэлектрическая проницаемость материала на частоте переменного электрического поля, или посредством градуировки по образцам данного полупроводника с известным З0 удельным сопротивлением (1) .

Однако способ обладает невысокой разрешающей способностью, обусловленной тем, что в диапазоне рабочих час- 35 тот порядка 1 ГГц не удается сконцентрировать электрическое поле ре зонатора в области измерительного отверстия с размерами существенно меньшими 1 мм. 40

Наиболее близок к предлагаемому способ бесконтактного локального измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов, включающий воздействие на исследуемый полупроводниковый материал переменным магнитным полем сверх высокой частоты, согласно которому исследуемый полупроводниковый материал поме50 щают вблизи зазора индуктивного датчика, выполненного в виде торроидальной катушки, и удельное сопротивление определяют по изменению до добротности индуктивного датчика с учетом градуировки, проведенной по образцам любого немагнитного полупроводника с известным удельным сопротивлением (2J .

Однако известный способ также характеризуется. невысокой разрешающей способностью.

Кроме того, каждый индуктивный датчик обеспечивает измерение удельного сопротивления в диапазоне, ограниченном одним-двумя порядками величины, и поэтому для измерения удельного сопротивления, например от

102 до 10 Ом cM., необходимо использовать четыре датчика.

Цель изобретения — увеличение разрешающей способности и расширение диапазона измеряемых величин.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу локального измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов, включающему воздействие на исследуемый полупроводниковый материал переменным магнитным полем сверхвысокой частоты, к исследуемой области исследуемого полупроводникового материала прикладывают ферритовый образец на который воздействуют внешним постоянным магнитным полем, напряженность которого соответствует условию ферромагнитного резонанса, и которое перпендикулярно переменному магнитному полю, после чего измеряют ширину линии ферромагнитного резонанса ферритового образца в присутствии исследуемого полупроводникового материала и без него и по изменению ширины линии ферромагнитного резонанса определяют удельное сопротивление исследуемого полупроводникового материала в исследуемой области.

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа, на фиг. 2 — линии ферромагнитного резонанса ферритового образца.

Устройство содержит генератор 1 высокой частоты, соединенный с первым плечом циркулятора 2, второе плечо которого соединено с короткозамкнутым волноводом 3, в пучность магнитного поля которого помещен ферритовый образец 4, исследуемый полупроводниковый материал 5, детек тор 6, соединенный с третьим плечом циркулятора 2, и магнит 7, между полюсами которого помещен короткозамкнутый волновод 3 с ферритовым образцом 4.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. дуемого полупроводникового материала.

Наибольшее изменение ширины линии ФМР, т.е. наибольшая чувствительность способа при одинаковых размерах наблюдается при использовании для измерений ферритового образца в виде сферы. Наряду с этим могут использоваться ферритовые образцы другой конфигурации, например в виде диска, цилиндра и т.д.

Выбор моды ФМР образца, для которой измеряется уширение линии о определяется величиной удельного сопротивления исследуемого материала а также удобством регистрации величины 5, так как разные моды ФМР при одной величине S удельного сопротивления уширяются неодинаково. противление в широком диапазоне величин при использовании одного ферритовоГо образца. Так, например, при одной и той же величине 5 мода ФМР ферритовой сферы с индексами (2,1,0) уширяется примерно на порядок слабее, чем однородная мода (1,1,0), для которой уширение о имеет наибольшую величину, а мода (3,1,0) примерно на порядок слабее, чем мода (2,1,0). Определенная описанным способом величина удельного сопротивления является средней для области полупроводникового материала с размерами, равными размерам ферритового образца.

Частота ФМР ферритового образца определяется внешним магнитным полем, параметрами феррита и конфигурацией образца, и не зависит от абсолютных размеров образца. Поэтому, не изменяя рабочей частоты генератора 1, можно уменьшить размеры образца, улучшая тем самым пространственйое разрешение способа.

Причем при уменьшении радиуса R сферы чувствительность уменьшается пропорционально R в то время, как

2 в известных способах чувствительность уменьшается как Рз (где D —диаметр измерительного отверстия или зазора). Поэтому в предлагаемом способе наблюдается значительно большая разрешающая способность при достаточно высокой чувствительности и больший диапазон измеряемых величин за счет возможности использования разных мод ФИР ферритового образца. удельного сопротивления иссле3 1100544 4

С генератора 1 через циркулятор

2 подают СВЧ-сигнал частоты в короткозамкнутый волновод 3, в результате чего в волноводе в области расположения ферритового образца 4 возникает переменное магнитное поле h.

Одновременно с помощью магнита 7 в области расположения ферритового образца 4 создают магнитное поле Н, направление которого перпендикулярно 10 полю h. Величину магнитного поля Н выбирают из условия возбуждения ферромагнитного резонанса (ФМР) в ферритовом образце 4. При резонансе изменяется величина мощности Р отр

15 отраженной от короткозамкнутого волновода-З, которая выделяется с помощью циркулятора 2 и направлется на детектор 6. Зависимость величины сигнала на детекторе 6 от величины 2б Это позволяет измерять удельное сопостоянного магнитного поля Н изображена кривой а на фиг. 2, где Н вЂ” величина магнитного поля, соответствующая условиям возбуждения ФМР в данном ферритовом образце на частоте 63 . Ширину линии ФМР 2 д Но определяют в соответствии с фиг. 2 по ширине пика сигнала на детекторе на уровне 0,5. Затем исследуемый полупроводниковый материал 5 помещают в короткозамкнутый волновод так, чтобы ферритовый образец находился на поверхности исследуемого полупроводникового материала 5 в области измерения его удельного сопротивления, после чего также измеряют ши35 рину линии ФМР ферритового образца (кривая б на фиг. 2), При этом во время ферромагнитного резонанса переменное магнитное, поле собственных

40 колебаний намагниченности ферритового образца взаимодействует с электронами проводимости полупроводника, в результате чего ширина 2дН линии

ФМР (кривая б) оказывается шире соб 45 ственной ширины 2ЬНолинии ФМР (кривая а) в отсутствии полупроводникового материала. Сравнивая величину

2д.Н с 2дН>, по уширению линии ФИР (8 = 2дН - 2дНО) определяют удель- 5р ное сопротивление полупроводникового материала. Градуировка. проводится по образцам любого немагнитйого полупроводника с известным значением удельного сопротивления. Для этого 55 снимается зависимость ширины линии

ФМР ферритового образца от величины

1100544

1100544

Составитель В.Васильев

Редактор Л.Пчелинская Техред А.Бабинец Корректор M.Äeì÷èK

Заказ 4573/34 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул..Проектная,. 4