Способ измерения температуры полупроводниковых пластин

 

Изобретение относится к измерительной технике , конкретнее к бесконтактным способам определения температуры твердых вещеав, и может быть использовано при проведении разпичных термических процессов над попупросодниковыми структурами. 8 частности на основе кремния и соединений типа А В . Цель изобретения - попышение точности. Сущность изобретения заключается в том. что регистрируют монохроматическое излу-ie- ние, отраженное как от внешней, так и от внутренней поверхности пол проводниковой пластины. При этом моно)фоматическое излучение е 1бирают иоинтерферирующим на пластине из области края поглощения полупроводника. Это позвол.яег измерять температуру с высокой точностью за сшт исключония неоднородности нагрева пластины. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (21) 4009002!25 (22) 14.01.86 (46) 15.11.93 Бюл. Йа 41-42 (71) Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском государственном университете имНГЧернышевского (72) Биленко ДИ„Дружинина Т.Ю„ Лясковский И.И. (? 3) Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском Государственном университете имНГЧернышевского (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН (57) Изобретение относится к измерительной технике, конкретнее к бесконтактным способам определения температуры твердых веществ, и может (В) SU (11) 1457554 АЗ (51) 5 б 01 ХЯ60 быть использовано при проведении разя«чных термических процессов над полулроводн«новым« структурами. в частности на основе кремния и соединений типа А В . Цель изобретения — повыше3 5 ние точности. Сущность изобретения заключался в том, что регистрируют монохроматическое излучение, отраженное как от внешней, так и от внутренней поверхности полупроводниковой пластины. При этом монохроматическое излучение выбирают неинтерферирующим на пластине из области края поглощения полупроводника. Это позволяет измерять температуру с высокой точностью за счет «сключония неоднородности нагрева пластины. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, конкретнее к бесконтактным способам определения температуры твердых веществ, и может быть использовано при проведении различных термических процессов нэд полупроводниковыми пластинами, в частности на основе кремния и соединений типа АзВ5.

Целью изобретения является повышение точности, На фиг. 1 приведены качественные спектральные зависимости коэффициента поглощения падающего излучения полупроводниковой структуры а { Л) при двух различных температурах Т1, Тг, а также спектральная зависимость интенсивности источника монохроматического излучения (Л), Заштрихованные области характеризуют изменение поглощенной в структуре энергии излучения, вызванное изменением ее; нэ фиг. 2 — качественные спектральные зависимости коэффициента отражения падающего излучения от полупроводниковой структуры Я(Л) при двух различных температурах (т1, тг), а также спектральная зависимость интенсивности (А) источника монохроматического излучения. Заштрихованные области характеризуют измен="íèå отраженной от структуры энергии излучения, вызванное изменением ее температуры, .

Способ осуществляется следующим образом.

Полупроводниковую структуру. нэ которой необходимо произвести температурные измерения, размещают в реакторе эпитаксиального наращиванил или плазмохимического травления, Указанные процессы характерны тем. что для их проведения необходим предварительный разогрев обрабатываемых структур на несколько сотен градусов.

Предварительно для исследуемой структуры определяют энергию края запрещенной зоны ego, и длину волны

hc

4 = —. (h — постоянная Планка; с — скороEgo сть света), ей соответствующую; тОлщину структуры d; коэффициент поглощения ао нэ длине волны Ле, безразмерный коэффициент ф длину волны 4 ин. соответствующую минимуму в спектре поглощения, ближайшему к ilo, Для широкого класса вещества эти величины являются известными и приведены в справочной литературе, Нэ пластину направляют излучение с граничными длинами волн Л! и Лг, удовлетворяющими условиям

«Л2 — Ü вЂ” Лмин i ao hЛг) >(„,„ -1

k> -Лг)г (2) Внач и! + R2

Затем размещают систему измерения интенсивности излучения в пучке отраженного от пластины излучения и определяют начальный отсчет измерительного прибора

1 ч. который пропорционален величине

Ян ч. Включают нагрев пластины. По текущему значению измеряемой величины расРнач считывают величину Я - l, после чего ! нач определяют температуру Т пластины либо из предварит.льно полученных в квазистационарных условиях зависимостей R(T). либо для материалов, подчиняющихся в выбранном спектральном диапазоне правилу Урбаха, температуру вычисляют по формуле

2Ьс р (> — -- — c до) !

1 R2 (1 — Rt (2 — Я

kin . In

2аоб И вЂ” Й! (4) где n — показатель преломления в спектральном диапазоне от Л1 до Лг.

В качестве источника излучения может быть использован стандартный светодиод.

Изменение температуры корпуса светодиода позволяет выбрать спектральный интервал излучения, удовлетворяющий условиям

15 (1) и (2). Условие (1) ограничивает диапазон длин волн областью, в которой температурные изменения коэффициента отражения наиболее существенны. Выполнение условия (2) обеспечивает отсутствие интерфе2г! ренции излучения и, следовательно, исключает возможность неоднозначной связи отражения с температурой пластины.

Из справочной литературы для выбранного диапазона длин волн от À! до Лг onZ5 ределяют коэффициенты отражения внешней R> и внутренней R2 поверхностей полупроводниковой пластины и коэффициент поглощения полупроводника а при комнатной температуре, либо измеряют эти

Эо величины с помощью известных методик.

При найденных значениях R>, R2, а и толщины пластины d вычисляют значение коэффициента отражения Внач пластины при комнатной температуре по формуле

2 d

1457554 где к — постоянная Больцмана;

)3- безразмерный коэффициент.

Предлагаемый способ позволяет определять температуру с высокой точностью за счет устроения как неоднозначности ее определения, так и разброса значения температуры по плоскости структуры, связанного с неоднородностью ее нагрева из-за неоднородности нагревателя и пьедестала.

Способ позволяет также расширить класс

Формула изобретен ия

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН, включающий облучение пластины монохроматическим излччением из длинноволновой области края собственного поглощения полупроводника, регистрацию излучения, провэаимодействовавшего с полупроводниковой пластиной, и определение температуры пласта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, регистрируют излучение. отраженное от внешней и от внутренней поверхности полупроводниковой пластины, а монохроматическое излучение выбирают неинтерферирующим на пластине, исходя иэ условий — s Л < Л<<< Л„„„;

hc гдо реакторов, на которых возможно производить бесконтактно контролируемый нагрев полупроводниковых структур.

5 (56) Патент Франции N 1596927, кл. 6 01

J 5/60, 1970, Germanova К.G. An opticai- method for

measuring temperature апб electric field!и

semiconductors, et al. G.Phys. О.: Appt. Phys, 10 v. 11, 1978, р, 2383-2390, Л1- Л2 (В„б)-1

Л,+ Л2

15 где „- энергия, соответствующая краю собственного поглощения полупроводника;

h — постоянная Планка; с - скорость света;

Л и Л2 - граничные длины волн монохроматического излучения;

Л„„„- длина волны, соответствующая минимуму в спектре поглощения полуhc .

25 проводника. ближайщему к Лодо

n - показатель преломления полупроводника в спектральном диапазоне от

Л!до Л2

3р о толщина полупроводниковой пластины.

1457554

Составитель А.Настасюк

Техред М.Моргентал Корректор О. Густи

Редактор Т,Зубкова

Заказ 3245

Тираж Г1одписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Производственно-издательский комбинат "Патент"„г, Ужгород. ул.Гагарина. 101