GB-11068-1989.pdf

中华 人民共 和 国 国家标 准 砷化 稼外 延层 载流子 浓 度 电 容 一 电 压 测 量 方 法 68 11068 - -89 g a l l i u m a r s e n i d e e p i t a x i a l l a y e r de t e r mi na t i o n o f c a r r i e r c o nc e n t r a t i o n v o l t a g e - c a p a c i t a n c e me t h o d 1 主题内容与适用范围 本标准规定了 砷化稼外延层载流子浓度电容一 电压法的测量方法。 本标准适用于砷化稼外延层及体材料中载流子浓度的测量。 测量范围; 1 x 1 0 1 1 _5 x 1 0 “ e m - s 口 2 术语 2 . 1 击穿电压 当反向偏压增加到某一值时， 肖 特基结就失去阻挡作用， 反向电流迅速增大时的电压值。 2 . 2 接触面积 汞探针与试样表面的有效接触面积 2 . 3 势垒电容 半导体内垂直于接触面的空间电荷区的电容。 2 . 4 势垒宽度 起势垒作用的空间电荷区的线性宽度。 2 . 5 载流了浓度纵向分布 自半导体表面向体内垂直方向上载流子浓度与深度的对应关系。 乙 方法原理 汞探针与砷化稼表面接触形成肖特基势皇， 当反向偏压增大时， 势垒区向砷化稼内部扩展 用高频 小讯号测量某一反向偏压下的势垒电容(c ( f ) 及由反向偏压增量, v ( v ) 引起的势垒电容增量a c ( f )根 据式( 1 ) 和式( 2 ) 计算出势垒扩展深度( x ) 和其相应的载流子浓度 n( a ) ) 二 一 eoeac nm= 扁 ( 一 a c (2 式中: k一 势垒扩展宽度, u m ; n以) 一 载流子浓度, c m - , 中国有色金属工业总公司1 9 8 9 一 0 1 一 2 8 批准 1 9 9 0 一 0 2 一 0 1 实施 gb 11068 一89 a 汞一 砷化镶接触面积, m , e真空介电常数， 其值为8 ， 8 5 9 x1 0 - , f / m ;8 . 8 5 9 x e 砷化稼相对介电 常数， 其值为1 3 . 1 8 ; “ 一 单位电 荷， 其值为1 . 6 0 2 x 1 0 “9 , c 仪器 4 . 1 电容仪或电容电桥飞 量程为1 - v 1 0 0 0 p f , 其精度应优干满刻度的1 %， 测量频率为。 . 试讯号小于2 5 m v 4 . 2 数字电压表 灵敏度应优于1 m v , 精度应优于满刻度的0 . 5 %, 输入阻抗不小于 0 m 4 4 . 3 直流电源 : 电压0 -1 0 0 v ， 连续可调， 波纹系数不大于0 . 0 3 环或波纹电压小于3 m v 4 . 4 晶体管特性图示仪 灵敏度优于1 0 pa/cm 4 . 5 标准电容a和b ; a和b电容量分别为1 0 p f和 0 0 p f ， 在测量频率下 其精度均优 f “ 0 . mhz , j ll i 2 5 % 。 汞探针样品台: 应能屏蔽光和电磁干扰， 汞探针能上 卜 调h 测量显微镜: 标尺精度优于0 . 5 %。 试样 5 . 1 砷化稼单品片 5 . 1 . 1 样品经机械抛光后在h , s o , : h , o , e h , o = 3 : 1 1 1 ( 体积比) 溶液中腐蚀1 0 s . 用去离子水冲洗 5 . 1 . 2 在温度1 5 0 2 0 0 0c 氮气流里烘干1 0 m i n 5 . 2 砷化稼外延片 使用清洁光亮的原生长表面。 5 . 3 欧姆电极的制备 5 . 3 . 1 低阻衬底试样， 在其背面涂水， 紧贴在金属样品台上。 由于背而一 水一 样品台引起的容抗， 远较势 垒电容的容抗小， 测得的电容可认为是势垒电容 5 . 3 . 2 高阻衬底试样的欧姆电极应做在低阻外延层上。 电极材料用锢( 在氮气流里于4 0 0 c合金化 5 m i n t 或嫁一 锢合金 5 . 4 可测外延层厚度范围 5 . 4 . 1 可测最小厚度受起始测量偏压下势垒宽度的限制， 可测最大厚度受肖特基结击穿电压限制， 两 者与 载流子浓度的依赖关系如图1 所示。 gb 110 68一 89 卜-丹汀 /令孕 i ii 书宽度 。 二 uux 砷化嫁势垒宽度的特性 图 1 砷化稼势垒宽度、 击穿电压与载流子浓度的关系曲线 5 . 4 . 2 若外延层厚度大于可测最大厚度， 外延层载流子浓度需逐层腐蚀测量。 5 5 汞探针的制备 5 . 5 . 1 取直径为i m m ， 长4 c m的银丝， 一端连接外引线， 另一端用环氧树脂封入约5 m m长的玻璃毛细 管内， 银丝露出端面， 磨平， 用去离子水清洗干净， 沾 卜一 滴汞， 即成汞探针。 汞表面应清洁 注:汞及其蒸气是有毒物质 应有相应的防护措施 操作应在通风条件下进行 测量步骤 6 . 1 测试环境 环境温度为2 3 士2 c; 环境相对湿度小于8 0 % 6 . z 电容仪的校准 6 . 2 . 1 把长度适当的屏蔽电缆接到电容仪上( 此时电缆应不与标准电容连接) ， 调节电容仪零点 6 . 2 . 2 将电缆与标准电容a连接， 测量并记录电容值( p f ) , 拆除标准电容a, 6 . 2 . 3 将电缆与标准电容b连接， 测量并记录电容值( p f ) ， 拆除标准电容b 6 . 2 . 4 如果电容仪读数低于4 . 5 条要求， 应按说明书调整。 6 . 3 测量试样击穿电压 6 . 3 1 低阻衬底试样， 在其背面涂水. 紧贴在金属样品台上。 若为高阻衬底试样， 应使欧姆电极 。 金属 gb 11068一 89 样品台形成良好接触 然后使汞探针与试样表而接触， 借助显微镜调节接触面积 6 . 3 . 2 用屏蔽电缆将试样欧姆电极和汞探针分别与晶体管特性图示仪的待侧品体管插座e 和c 连接 在p n p晶体管测量状态下) ， 观测试样反向特性， 测量并记录击穿电压1 。 的值 6 . 3 . 3 根据反向特性及击穿电压的观测结果检验肖特基势垒是否形成 6 . 3 . 4 将汞探针电压降到零， 提升汞探针。 6 . 4 测量势垒电容 6 . 4 . 1 将样品台与电容仪连接。 电容仪的低端与试样欧姆电极连接， 其高端与 汞探针连接们 6 . 4 . 2 电容仪置于大量程， 缓慢地降下 探针， 并与试样表面接触， 调节接触面积 施加。5 v咬( 7 偏!t . 根据电容仪的读数， 选择合适的量程 6 . 4 . 3 提升汞探针， 使其与试样表面正好断开， 调节该量程零点 6 . 4 . 4 降下汞探针并与试样表面接触， 精确调节接触面积 6 . 车5 施加 反向 偏压v , =0 . 5 v , 测量势 垒电 容 值c m . 并记入表7 反向 偏压 值记为正 数 各数 据取 几 拉 有效数字。 表 1 数据记录表 反向偏压 v v 势垒电容测量值 cm p f . 势垒电容修正值 c p f 势 垒 扩 展 深 度 x 载流 f 浓度 凡 1 1刀 马 v c m t cx, 入 卜哭 c m z czxz 一一 f 3 c m 3 c, 三- - -一 f傀 一、 c m一 tc -tx -i人.1 1 v n c mon 6 . 4 . 6调 节 反向 偏 压， 使 势垒电 容比c m , 降 低4 % - 6 肠测 量 此 时的 反向 偏 压r与 势垒电 容l m ， 记入 表1 6 . 4 . 7 重复6 . 4 . 6 操作步骤， 使势垒电容逐次降低4 % - 6 0 o直到击穿电压 p 。 或反向电流密度大于 3 0 p a / m m 即停止测量 6 . 4 . 8 测量完毕后， 将反向偏压降至零 ， 取下汞探针 了 测t结果的计算 7 . 1 式中 7 . 2 测量出的势垒电 容值( ， ) 按式( 3 ) 进行修正， 修正值c 、 记入表1 、 1 _ _ _ _d 、 m 一c 、 +。 “ 了 “ 疏) c m 一 第， 次 势 垒 电 容 测 量 值 ， p f ; c ; 一 c m 经修 正 后 的 势 垒电 容 值， p f ; d - 汞一 砷化稼接触面的直径, m m 势垒扩展深度 x ( i m) 及载流子浓度 n ( x ) ( c m ) 按式( 4 ) 、 式( 5 ) 计算。 计算结果记入表 1 x 一 1 . ， : x 1 0 , x -井年. . . . . . . ，. . ，。 ) u。十t 尸 t 小 刀( 大)= 1 . 0 8 x 1 0 0 k ( c 干 c u, ) x ( i :i ) d ( c ， 一 c ,1 0 gb 110 68 一 8 9 式中x 一第， 次测量时势垒扩展深度, u m ; h ( r :) - 一 对应于势垒扩展深度 x 处的载流子浓度, c 。 一 “ c l - - c . 1 经式( 3 ) 修正后的势垒电容值, p f ; c , , , - 一 ， .经式( 3 ) 修正后的势垒电容值, p f ; 叭 一 一 第 次外加反向偏压值， v; v , ,第; +1 次 外加反向 偏压 值, v 7 . 3 当各个 v ( % ; ) 值在其平均值周围相对涨落小于1 0 %时， 则载流子浓度 夕取平均值 否则， 口 t g n ( x , ) 对x ， 作图、 画出载流子浓度分布曲线 8 精密度 本标准单一实 验室及多实验室测量精密度不劣 于士代%。 9 测试报告 测试报告应包括下列内容: a . 送样单位; b . 样品名称和类型; e以图示出样品 h 测量点的位置; a . 给出平均载流子浓度或载流子浓度分布曲线 e . 测量日期; t . 测量者。 附加说明 本标准由中国有色金属工业总公司标准计量研究所提出。 本标准由北京有色金属研究总院负责起草。 本标准主要起草人王富咸。 本标准等效采用德意志联邦共和国国家标准d 工 n 5 0 9 3 “电容一 电压法和汞探针测定半导体单晶材 料掺杂剂的浓度剖面分布 *草庐一苇草庐一苇*提供优质文档， 如果 你下载的文档有缺页、 模糊等现象或 者遇到找不到的稀缺文件， 请发站内 信和我联系！我一定帮你解决！ 提供优质文档， 如果 你下载的文档有缺页、 模糊等现象或 者遇到找不到的稀缺文件， 请发站内 信和我联系！我一定帮你解决！ 本人有各种国内外