Метрологическая аттестация образцовой установки по измерению удельного электрического сопротивления полупроводниковых материалов (кремния монокристаллического) четырехзондовым методом
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
зондовый преобразователь с зондовым манипулятором типа С2080 с четырьмя линейно расположенными зондами из карбида вольфрама: расстояние между зондами - l0 = 1.0 мм; сила прижима каждого зонда к поверхности монокристалла - 1.75 H.
. Термометр ртутный стеклянный лабораторный с интервалом температур от 0 до 550С и ценой деления 0.10С.
. Набор образцов кремния монокристаллического с номинальными значениями удельного электрического сопротивления в диапазоне от 10-3 до 105. Ом . см.
Измерение УЭС с использованием выбранных приборов основано на явлении растекания тока в точечном контакте металлического острия с полупроводниковым материалом. На плоской поверхности образца вдоль одной линии размещаются четыре металлические зонда с малой площадью соприкосновения, расстояния между которыми S1, S2, S3. С прибора В1-13 подают на два внешних зонда 1 и 4 (рис. 1.1) электрический ток У14, а прибором G-1202.010 регистрируют равность потенциалов U23 на двух внутренних зондах 2 и 3. Затем изменяют направление тока при помощи B1-13 и еще раз измеряют падение напряжения. Искомое значение падения напряжения определяют как среднее арифметическое падений напряжений при двух направлениях тока. По измеренным значениям разности потенциалов между зондами 2 и 3 и известному значению тока, протекающего через зонды 1 и 4, можно определить удельное электрическое сопротивление образцов.
Чтобы контактные сопротивления потенциальных зондов не влияли на результаты измерений, разность потенциалов необходимо фиксировать в отсутствие тока через них. Поэтому измерения проводят компенсационным методом с помощью полуавтоматических потенциометров. Целесообразно также применение электронных цифровых вольтметров с высоким входным сопротивлением. В таком случае ток через измерительные зонды пренебрежимо мал, что позволяет отказаться от использования компенсационных методов измерений. Применение милливольтметра с входным сопротивлением порядка 108 Ом дает возможность измерять удельное электрическое сопротивление на слитках и пластинах кремния до 3000 Ом . см.
Условия, которые необходимы для измерения удельного электрического сопротивления 4-х зондовым методом следующие:
плоская поверхность образца с чистотой обработки RZ не более 2.5 мкм (для кремния Р-типа электропроводности с более 103 Ом . см параметр шероховатости RZ находится в диапазоне (20RZ40)мкм);
отсутствие инжекции неосновных носителей заряда в объем образца;
отсутствие поверхностной утечки тока;
зонды имеют контакты с поверхностью образца в точках, которые расположены вдоль прямой линии;
диаметр контакта мал по сравнению с расстоянием между зондами;
освещенность монокристаллов кремния с удельным электрическим сопротивлением большим 200 Ом . см не должна превышать 50 лк. Для остальных диапазонов удельного электрического сопротивления допускается освещенность монокристаллов рассеянным светом не более 500 лк. Для регулировки освещенности образцов используют затемняющее устройство.
3.2 Методика подготовки образцов кремния монокристаллического
В качестве образцов для исследования случайной составляющей погрешности измерения удельного электрического сопротивления на образцовой установке выбираются образцы кремния монокристаллического толщиной б мм и диаметром 40 мм в количестве 5 штук с номинальным значением удельного электрического сопротивления в диапазоне от 0.009 до 2314 Ом . см.
Все образцы подвергались шлифовке микропорошком М 10, промывке сточной и дистиллированной водой. Перед применением поверхность образца протирали батистовой салфеткой, смоченной этиловым спиртом, и просушивали на воздухе. На рабочей поверхности образца должны быть удалены все следы загрязнений, наблюдаемые визуально.
Перед использованием образцов кремния монокристаллического для аттестации УО, все они исследовались на однородность по УЭС по всей плоскости образца. Для целей аттестации УО использовали область образца со средним квадратическим отклонением удельного электрического сопротивления не превышающим 1.0%, как правило, это было центральная область образца диаметром 10 мм.
4. Разработка программы метрологической аттестации образцовой установки для измерения удельного электрического сопротивления
.1 Программа метрологической аттестации
Метрологическая аттестация образцовой установки для измерения удельного электрического сопротивления полупроводниковых материалов проводилась по программе метрологической аттестации (ПМА), утвержденной в Уральском научно-исследовательском институте метрологии (УНИИМ).
ПМА разработана и оформлена в соответствии с ГОСТ 8.326-89 [7]. Программа предусматривает перечень работ и методы их проведения, обеспечивающие выполнение задач метрологической аттестации образцовой установки для измерения удельного электрического сопротивления четырехзондовым методом.
ПМА содержит вводную часть и следующие разделы:
рассмотрение технической документации;
экспериментальные исследования образцовой установки;
методику исследования метрологических характеристик;
оформление результатов аттестации;
приложения.
4.2 Метрологические характеристики, подлежащие определению при метрологической аттестации и средства метрологической аттестации
При проведении МА должны быть определены следующие метрологические характеристики (МХ) образцовой установки по измерению у