Способ измерения толщины высокоомного слоя в полупроводниковой р- @ - @ -структуре

 

Изобретение относится к полупроводниковому приборостроению. Цель изобретения - расширение технологических возможностей за счет измерения толщины высокоомного /I-слоя/ в готовом полупроводниковом диоде. Для этого на диод подаются импульсы напряжения с крутизной S<SB POS="POST">и</SB> фронта, выбранной из диапазона 3,5<SP POS="POST">.</SP>10<SP POS="POST">1</SP>°≤S<SB POS="POST">и</SB>≤10<SP POS="POST">11</SP> В/с, измеряется прямое импульсное напряжение / напряжение выброса/ с помощью индикатора, например осциллографа, и определяют толщины I-слоя по предварительно снятой градуировочной зависимости величины напряжения выброса от толщины высокоомного I-слоя. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 В 7/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4675233/28 (22) 06.04.89 (46) 23,07.91.Бюл, N 27 (72) В,А,Егоренков, Л.С,Либерман и В,Ф.Лобанов (53) 531. 717, 7 (088.8) (56) Батавин В.В. Контроль параметров полупроводниковых материалов и эпитаксиальных слоев. — M. Советское радио, 1982, с. 68, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ВЫСОКООМНОГО СЛОЯ В ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ P — i — N СТРУКТУРЕ

Изобретение относится к полупроводниковому приборостроению, в частности к контролю параметров диодов с р+и-структурой(в частности:, защитных, переключательных и других диодов)..

Цель изобретения — расширение технологических возможностей эа счет измерения толщины высокоомного слоя в готовом полупроводниковом диоде.

На фиг.1 изображена форма прямого импульсного напряжения (напряжения выброса) на диоде при подаче на него импульсного напряжения; на фиг.2 экспериментальная зависимость прямого импульсного напряжения от толщины i-слоя для скорости нарастания напряжения

2 10 В/с.

Сущность способа заключается в следующем.

5U 1665223 А1 (57) Изобретение относится к полупроводниковому приборостроению. Цель изобретения — расширение технологических воэможностей за счет измерения толщины высокоомного (i-слоя) в готовом полупроводниковом диоде. Для этого на диод подаются импульсы напряжения с крутизной SU фронта, выбранной из диапазо- . на 3,5 10 < S < 10 В/с, измеряется прямое импульсное напряжение (напряжение выброса) с помощью индикатора, например осциллографа, и определяют толщины i-слоя по предварительно снятой градуировочной зависимости величины напряжения выброса от толщины высокоомного i-слоя. 2 ил.

Допустим, используется генератор импульсов, развивающий напряжение холостого хода V, нарастающее по линейному

dV закону со скоростью, и имеющий внутот реннее сопротивление R». До некоторого момента ts«сопротивление диода во много раэ больше сопротивления генератора R» и, следовательно, напряжение на диоде равноЧ, Время включения (T>«) можно оценить следующим образом.

После начала действия на диоде прямого напряжения электроны и дырки начинают

+ + двигаться от и и р слоев вглубь i-слоя.

После того, как электроны и дырки достигнут друг друга, начинается образование ква- зинейтральной области и резкое падение сопротивления р-i-п-диода. Принимая, что максимально возможная скорость электро1665223 нов (скорость насыщения) составляет около

10 см/с, оценим минимально возможное время включения: ъ кд — W/10 (1), где W—

7 толщина i-слоя, см (дырки, скорость насы,щения которых меньше, проходят меньший

,путь, поэтому можно принять, что электро-! ны проходят путь, равный W).

К моменту с „„напряжение на диоде

dV достигнет величины V8 — ькл, (2). Подставляя в формулу (2) формулу (1), пол,учаем (3) V

dt 107, отсюда

Vs 10 (4)

1 dV

dt

Эта величина определяет прямое им пульсное напряжение (напряжение выбро, са), После достижения напряжения V> дальнейший рост. напряжения генератора, практически.не приводит к повышению на1, пряжения на диоде. Иначе говоря, при за,данной крутизне фронта импульса, напряжения (т,е„при заданной скорости нарастания напряжения холостого хода

dV/dt) напряжение выброса не зависит от амплитуды импульсов.

Реально существующие толщины iслоя, которые необходимо измерять, лежат

-в пределах 5-200 мкм, Условно разобьем этот диапазон на 3 поддиапазона от 5 до 30, от 30 до 100 и от 100 до 200 мкм.

При осуществлении способа верхнее значение крутизны Su нарастания импульсов установлено равным 10 В/с(для под11 диапазона толщин 1-слоя — равным 5-30 мкм). При больших значениях скорости нарастания напряжения, например, равных

10 В/с, напряжение выброса составит величину 300 В. Для надежного измерения таких сигналов, например, с помощью широкополосных осциллографов требуется не более десятков вольт. Кроме того, и зто главное, для малых толщин i-слоя напряжение выброса необходимо ограничивать, исходя из безопасной величины напряжения.

Нижнее значение скорости нарастания напряжения установлено равным

3,5 10 В/с (для поддиапаэона толщин

i-слоя равным 100-200 мкм). Если установить меньшее значение скорости нарастания напряжения, например 10 В/с, то

9 напряжение выброса для толщины 1-слоя

100 мкм составит 2В (против 70В при скорости нарастания 3,5 . 10 В/с). Такие велию чины импульсных напряжений малой длительности с крутым фронтом сложно иэ45

Формула изобретения

Способ измерения толщины высокоомного слоя в полупроводниковой р-i-n-структуре путем воздействия на р-i-n-структуру физического фактора и измерения реакции на зто воздействие, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей 3а счет измерения толщины высокоомного слоя В Готовом полупроводниковом диоде, в качестве физического фактора используют импульсы напряжения с крутизной Su нарастания напряжения, выбранной из соотношения

3.5 10 < S < 10 В/с, в качестве реакции на воздействие — прямое импульсное напряжение, а толщину высокоомного слоя мерять. Например, из-за быстрого изменения тока через диод на нем возникает заметное дополнительное напряжение, обусловленное индуктивностью выводов, 5 Это напряжение будет накладываться как помеха на полезный сигнал и изменять истинное значение напряжения выброса, зависящее от толщины i-слоя, Пример, Для определения толщины

10 i-слоя в готовых полупроводниковых диодах сначала снимают зависимость величины напряжения выброса от толщины I-слоя. Диапазон толщин i-слоя существующих и разрабатываемых диодов лежит в пределах

15 5- 200 мкм, Для этого в структурах с заведомой разной толщиной i-слоя любым известным способом определяют толщину i-слоев.

Далее структуры собирают в корпуса для получения готовых диодов. Затем предлага20 емым способом определяют напряжение выброса на диодах с уже известной толщиной 1-слоя, строят градуировочную зависимость толщины i-слоя от напряжения выброса. Измерение напряжения выбро25 са можно производить. например, с помощью осциллографа (типа CI-75). Эту градуировочную зависимость снимают один раз и пользуются ею при дальнейших измерениях толщин i-слоя,- по предлагаемому

30 способу. Затем на готовый диод с р-i-пструктурой. толщину i-слоя в которой нужно определить, от генератора подают напряжение с крутизной нарастания напряжения

10 B/ñ и по величине прямого импульсно35 го напряжения (напряжения выброса) определяют толщину i-слоя в готовом диоде, используя предварительно снятую градуировочную зависимость величины напряжения от толщины i-слоя, 40 Способ позволяет измерять толщину iслоя в готовых диодах. является простым и удобным для оператора и позволяет автоматизировать процесс измерения.

1665223

10

Составитель И.Рекунова

Техред М.Моргентал Корректор M.Äåì÷èê

Редактор Н.Тупица

Заказ 2385 Тираж 387 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 определяют по заранее установленной корреляционной зависимости величины прямого импульсного напряжения от толщины высокоомного слоя.