Аппаратура для измерения удельного электрического сопротивления полупроводников

Установки для измерения УЭС полупроводников, используемые в промышленности, представляют собой, как правило, сложный метрологический комплекс, состоящий из нескольких функционально объединенных блоков: стабилизированого источника тока (генератора тока), манипулятора, прибора для измерения падения напряжения, блока фиксации и обработки результатов измерений (цифропечатающее устройство, самописец, встроенная ЭВМ и т.д.). Блок-схема такой установки показана на рис. 1.8.

1 – источник тока; 2 – манипулятор с измерительным датчиком; 3 – прибор для измерения падения напряжения; 4 – блок фиксации и обработки результатов измерений.

Рис. 1.8. Блок-схема зондовой установки измерения УЭС

Источник тока должен работать в режиме генератора тока, т.е. величина силы тока не должна изменяться при переносе зондов из одной точки образца в другую. Обычно он должен обеспечивать изменение полярности тока и диапазон значений силы тока, соответствующий назначению установки. Допустимые отклонения силы тока в процессе измерений должны быть не более 0,5 % от его величины, а погрешность измерения – не более 0,5 %.

Манипулятор служит для крепления образца (слитка) и обеспечения перемещения измерительного датчика относительно образца.

Измерительный датчик (измерительная головка, измерительный преобразователь) служит для съема сигнала измерительной информации с той или иной точки или участка образца.

В СНГ применяют стандартные измерительные преобразователи для четырехзондовых измерений: С2080 – на =1,30 ± 0,01 мм; С2080М – на = 1,590 ± 0,013 мм и на = 0,750 ± 0,008 мм.

Измерительная головка содержит пружинящие линейно расположенные зонды из вольфрамовой проволоки диаметром 0,5 мм с заостренным наконечником из твердых сплавов карбида вольфрама (ВК 10, ВК 15, ВК 20), размещенные в держателе из изолирующего материала (фторопласт, оргстекло), в отверстия которого вставлены износостойкие рубиновые направляющие. Максимальный размер рабочей площадки зонда не превышает 50 мкм. Сила прижима каждого зонда к образцу колеблется в пределах 0,5…2,0 Н.

Измерительные головки, изготавливаемые иностранными фирмами, имеют приблизительно такую же конструкцию, но отличаются номиналами межзондовых расстояний. Наиболее распространены номиналы 1,00 и 0,75 мм. На рис. 1.9 и 1.10 показаны различные виды четырехзондовых измерительных головок фирмы "Джандел".

Аналогичным образом устроены двухзондовые измерительные головки.

Рис. 1.9. Измерительная четырехзондовая головка фирмы "Джандел"

Устройство для измерения напряжений при использовании компенсационных методов должно быть укомплектовано потенциометрами (в том числе и автоматическими), входное сопротивление которых вычисляют по формуле:

(1.35)

где DU – измеряемое напряжение, [B]; С – чувствительность нуль-гальванометра по току, [А/мм]; D - минимальная цена деления шкалы гальванометра, [мм]. В паспорте потенциометра оговорены значения допустимых внешних сопротивлений (т.е. сопротивлений образцов), согласующихся со значением R_вх.

Как уже указывалось, в последнее время все больше распространяются прямые методы измерения DU с использованием вольтметров и электрометров с высоким входным сопротивлением.

Так, фирмой "Такэда Рикэн" разработаны электрометры с входным сопротивлением 10¹⁴…10¹⁶ Ом. Крупнейшим производителем цифровых вольтметров и омметров является фирма "Китчли"

Рис. 1.10. Различные типы измерительных головок фирмы "Джандел"

В бывшем СССР, а ныне в СНГ, наиболее распространены стандартные промышленные установки для измерения УЭС класса "Метрика". Выпущено много модификаций этих установок, отличающихся назначением и эксплуатационными параметрами.

Например, установка "Метрика 104" обеспечивает измерение слитков кремния с УЭС до 600 Ом×см длиной 100…500 мм и диаметром от 50 до 150 мм. Установка "Метрика 12" применяется для измерения УЭС по образующей слитков германия и обеспечивает точность ± 7 %. В маркировке установок последняя цифра указывает на количество зондов, а предшествующие цифры являются порядковым номером разработки.

Внешний вид установки измерения УЭС фирмы "Материалс Девелопмент Корпорейшн" показан на рис. 1.11.

Рис. 1.11. Установка измерения УЭС фирмы "Материалс Девелопмент Корпорейшн"