GB∕T 1550-2018 非本征半导体材料导电类型测试方法

ICS77.040代替GB/T1550—1997非本征半导体材料导电类型测试方法Testmethodsforconductivitytypeofextrinsicsemiconductingmaterials国家市场监督管理总局中国国家标准化管理委员会I本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本标准代替GB/T1550—1997《非本征半导体材料导电类型测试方法》,与GB/T1550—1997相比材料可参照本标准测试”(见第1章，1997年版的第1章);——增加了术语和定义(见第3章);——增加了“如果采用9.1～9.5的测试步骤能够获得稳定的读数和良好的灵敏度，则表明试样表——增加了试验结果的分析(见第10章)。本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203)与全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分会(SAC/TC203/SC2)共同提出并归口。——GB5256—1985。1GB/T1550—2018非本征半导体材料导电类型测试方法和P型硅材料。4.1.4方法C:适用于电阻率1Ω·cm～1000Ω·cm的N型和P型硅材料。4.1.5方法D₁:适用于电阻率1Ω·cm～36Ω·cm的N型和P型锗材料及电阻率0.1Ω·cm~24.1.9如果用方法A～方法E都不能得到准确的结果4.2方法A(热探针法)和方法B(冷探针法)现为负极。用一个中心刻度为零的电压表或微安表，可观察到这种极性指示。最大温差发生在加热或4.3方法C(点接触整流法)通过试样与金属点接触处的电流方向来确定试样的导电类型。若试样为N型，金属点接触处为负极；若试样为P型，金属点接触处为正极。将一个交变电压加在金属点接触和另一个大面积欧姆接触4.4方法D(全类型法)4.4.1方法D₁:用点接触反向偏置电压极性来确定试样的导电类型。在接触试样的两个触点间加一个4.4.2方法D₂:在试样的一对触点1-2间通过交变电流，在试样上建立一个热梯度。由另一对触点3-4可检测出该热梯度形成的热电势。对于N型材料，触点3相对于触点4是较热的，触点3呈正电位；对于P型材料，相对于触点4,触点3将呈现为负电位。触点1、2、3、4为图7中所示的探针顺序号。4.5方法E(表面光电压法)从而改变试样表面相对于体内的电势。光照前后试样表面电势之差称为表面光电压。不同导电类型的半导体材料表面光电压的变化趋势是相反的，所以通过测试表面光电压的变化趋势可以确定试样的导5干扰因素5.1方法A(热探针法)5.1.1一些高电阻率的硅和锗试样，由于其电子迁移率高于空穴迁移率，在热探针的温度下大多呈现5.1.4当热探针轻压与重压时的导电类型相反时，以重压时显示的导电类型为准，避免表面反型层对测试结果的干扰。35.2方法B(冷探针法)5.3方法C(点接触整流法)5.3.1方法C表示的是试样原始表面的导电类型，若试样表面有氧化层，则相当于其表面有一层绝缘5.3.2若大面积欧姆接触不稳定，有时会使读数相反。点接触压力过大，可使大面积欧姆接触变成一5.4方法D(全类型法)5.4.2对于电阻率较高的材料，方法D₂也可能导致完全错误的结果。5.5方法E(表面光电压法)5.5.1如果样品表面存在大量静电荷(如表面氧化层上的电荷),将会在样品表面导致多子积累，影响影响测试。5.5.2硅片表面的损伤层会干扰表面光电压信号的产生，因为损伤层没有确定的能带结构，如果损伤5.6.1热施主(主要是氧施主)的存在会干扰测试结果，对于含有较多氧施主的P型样品来说，其测试结果可能显示为N型。5.6.2试样表面有沾污或有氧化层时会造成不可靠的测试结果。6试剂和材料6.3不锈钢丝棉或其他等同材料。7.1方法A(热探针法)方法A的测试设备如图1所示，主要由以下几部分组成：4a)两支探针，选用不锈钢或镍材料制作，每支探针针尖成60°的锥体，其中一只探针杆有加热功能，能使热探针温度加热到40℃~60℃;b)零位指示器，其偏转灵敏度不低于1×10-⁹A/mm;零位指示器零位指示器加热线圈可变电源金属探针图1热探针法测试设备示意图7.2方法B(冷探针法)方法B的测试设备如图2所示，主要由以下几部分组成：a)两支探针，用铜材或铝材制作，针杆用酚醛等材料绝缘，其中一支探针的热容量至少是15g铝的热容量。将探针在冷却剂中浸5min,在25℃的环境下，探针能维持在一40℃左右约b)零位指示器，其偏转灵敏度不低于1×10-⁹A/mm。零位指示器零位指示器屏蔽线探针针尖冷却剂保温瓶十Q图2冷探针法测试设备示意图5GB/T1550—20187.3方法C(点接触整流法)方法C的测试设备分别如图3、图4和图5所示，主要由以下几部分组成：b)隔离变压器，能使50Hz或60Hz的220V电压降为50Hz或60Hz的15V电压(见图图4);d)大面积欧姆接触器，采用铝箔或铟箔等软性导体和弹簧夹具或其他类似方式构成；e)电流检测器(见图3),检测器中心刻度为零，其满刻度灵敏度至少要优于200μA,或示波器(见图4),或曲线示踪仪(见图5)。0自耦变压器试样十图3电流检测器显示的点接触整流法测试设备示意图点接触点接触试样欧姆接触R示波器水平板极B(电流)隔离变压器图4示波器显示的点接触整流法测试设备及典型显示图形示意图6集电极引线试样欧姆接触发射极引线7.4方法D₁(全类型整流法)方法D₁的测试设备如图6所示，主要由以下几部分组成：a)三支探针，可采用GB/T1551中直排四探针法测试电阻率用的直排四探针中的三支探针；c)零位指示器，偏转灵敏度不低于1×10-⁹A/mm,与1MΩ电阻串联后至少应有0.1V/mm的7.5方法D₂(全类型热电势法)方法D₂的测试设备如图7所示，主要由以下几部分组成：a)直排四探针，同GB/T1551中直排四探针法测试电阻率用的四支探针；b)零位指示器，灵敏度优于1×10-⁹A/mm;或极性指示数字电压表，精度优于100μV/单位7十或DVMHI50Hz/60Hz采用零位指示器图7全类型热电势法测试设备示意图7.6方法E(表面光电压法)d)显示装置。数字采集数字采集处理器极性处理模块待测样品脉冲光源驱动器显示驱动电路信号处理电路光电动势脉冲光图8表面光电压法测试设备示意图挡板在测试过程中用于遮挡光线，防止光线照射试样。7.8高频屏蔽装置高频屏蔽装置用于避免高频对测试结果的影响，需要时连接好导线。7.9研磨或喷砂设备研磨或喷砂设备用于处理试样。89.1方法A(热探针法)9.1.3将热探针加热到40℃~60℃,用测温装置测其温度。试样为N型。9.2方法B(冷探针法)9.3.1检查电路连接是否与图3、图4或图5一致。能用方法D₁进行测试。99.4.4如果用方法D₁不能进行测试，应改用热电势法D₂进行测试。将探针按图7所示连接好，3号探针靠近热源。热源是由1号、2号探针间通入电流的方法产生的。将3号探针接到零位指示器的负极9.5方法E(表面光电压法)9.5.1检查电路连接是否与图8一致。9.5.2将待测试样放置在样品台上，脉冲光源驱动器驱动红外激光器发射一定频率的脉冲光，脉冲光9.5.3试样表面在脉冲光照射下激发出光电压，感应电极片采集因光电压引起的静电荷，经同轴电缆线传送至电荷放大器。9.5.4电荷放大器把静电荷变为电压信号并放大，信号处理电路对放大后的电压信号进行同步整形、如果采用9.1～9.5的测试步骤能够获得稳定的读数和良好的灵敏度，则表明试样表面无沾污或氧表面进行处理。本标准中的方法A、C、D₁、D₂、E在不同实验室进行了对比试验，测试结果见表1。由表1可知各测试方法导电类型测试结果完全正确的电阻率范围，见表2。本标准各测试方法的适用范围参照表2的数据确定。材料类型电阻率导电类型方法C正确数测试数正确数测试数正确数测试数正确数测试数正确数测试数硅P6815391303硅N885893303硅P7825891303硅P8855892303硅N8845993333硅N885993323硅P8855993333硅P8855993323硅4N88599332硅N885992322表1(续)材料类型电阻率导电类型方法A方法C方法E正确数测试数正确数测试数正确数测试数正确数测试数正确数测试数硅N8855992333硅P8855992333硅N8835992333硅N8835992333硅N8835992333硅3800N8835992333硅9000P3835991333硅P3835991333锗0.007N8825892302锗0.0087P885490302锗0.88N8855992302锗P8835991302锗N88599