Методы определения типа электропроводности.

Тип электропроводности полупроводниковых материалов можно определить при помощи методов, основанных на эффекте Холла, вентильном фотоэффекте, термоэлектрическом эффекте Зеебека и эффекте выпрямления тока. Методы определения, основанные на эффекте Холла и вентильном Фотоэффекте, не нашли применения в заводских условиях. Это объясняется тем, что при использовании эффекта Холла требуется создание образцов определенной формы, а при использовании вентильного фотоэффекта результаты измерений зависят от подготовки поверхности образцов. Определение типа проводимости на основе эффекта выпрямления тока заключается в том, что снимают вольтамперную характеристику контакта металл-полупроводник (или выводят ее на экран осциллографа) и сравнивают ее с характеристикой контрольного образца (пластины) p- или n-типа проводимости. Поскольку характер выпрямления в двух случаях различен, то это позволяет определить тип электропроводности.

Наиболее прост и поэтому наибольшим образом используется метод, основанный на определении знака термоэдс (метод термозонда). Метод заключается в том, что один из зондов нагревается до температуры 60°C, а второй имеет комнатную температуру. При установке двух зондов на поверхность пластины возникает градиент температуры и эффект термоэдс, знак которой зависит от типа проводимости полупроводникового материала. Если эти зонды замкнуть через гальванометр, то по отклонению стрелки (зайчика) влево или вправо от нулевого деления можно сделать вывод о типе проводимости исследуемого образца. Для кремния n-типа холодный контакт имеет отрицательный знак термоэдс, для p-типа – положительный.

Порядок выполнения работы

1. Для партии образцов, данных в кассете, по дополнительным срезам определить марку полупроводниковых кремниевых пластин. Результаты внести в таблицу 4. Номер образца указан на кассете.

2. Для данных образцов измерить диаметр пластин, толщину пластин, длины дополнительных и базового срезовс помощью электронного штангенциркуля. Измерить прогиб, непараллельность пластины с помощью многооборотной индикаторной головкой, представляющей собой микрометр со стрелочным отсчетом закрепленном на специальном столике. Результаты занести в таблицу.

Таблица 4

Результаты исследований

3. Для предоставленных образцов методом термозонда определить тип проводимости используя установку Пиус 1 УМ-К.

Измерения проводить в следующей последовательности:

- Подключите термозонд к разъему «ТЕРМОЗОНД» на лицевой панели измерительного блока установки.

- Включите питание измерительного блока установки.

- Переведите измерительный блок установки в режим определения типа электропроводности по методу ВАХ.

- Дождитесь разогрева термозонда до требуемой рабочей температуры. Время разогрева зонда до рабочей температуры определяется инерционностью нагревателя зонда и составляет величину около 15 минут. После разогрева зонда установка готова к проведению измерений.

- Расположите исследуемый образец на металлическом столике, подключенном к клемме на задней панели измерительного блока установки.

- Прикоснитесь зондом к поверхности образца. Должен быть обеспечен омический контакт как зонда с образцом, так и образца с металлическим столиком. На дисплее измерительного блока установки индицируется тип электропроводности исследуемого образца окрашиванием в черный цвет одного из квадратов с надписью «P» или «N».

- При установке зонда на поверхность металлического столика оба квадрата должны быть не окрашены.

Результаты внести в таблицу 5. Сравнить полученные результаты с данными, основанными на определении легирующей примеси.

4. Провести анализ полученных результатов.

5. Сформулировать выводы по работе.

6. Подготовить отчет по работе.

Контрольные вопросы.

1. По какому принципу проводится буквенно-цифирная маркировка полупроводниковых пластин?

2. Почему необходимо увеличение толщины полупроводниковой пластины при увеличении ее диаметра?

3. Для чего нужны базовый и дополнительные срезы на полупроводниковых пластинах?

4. Какими инструментами, и с какой погрешностью измеряются геометрические размеры полупроводниковых пластин?

5. Что такое прогиб, непараллельность и неплоскостность полупроводниковых пластин, их определения и принцип измерения.

6. Какими методами определяют тип электропроводности слитков и пластин полупроводниковых материалов?

Таблица 5

Результаты исследований по определению типа проводимости и легирующей примеси

Литература.

1. Курносов А.И. Технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники: В 10 кн. Кн. 2. Материалы / А.И. Курносов. – М.: Высшая школа, 1989. - 96 с.

2. Измерения и контроль в микроэлектронике / Под ред. А.А. Сазонова. – М.: Высшая школа, 1984. - 367 с.

3. Николаев И.М. Оборудование и технология производства полупроводниковых приборов / И.М. Николаев – М.: Высшая школа, 1977. - 269 с.

4. Запорожский В.П. Обработка полупроводниковых материалов / В.П.Запорожский, Б.А. Лапшинов – М.: Высшая школа, 1988. - 184 с.

5. Кремний монокристаллический в слитках. Технические условия. ГОСТ 19658-81. - М: Государственный комитет по стандартам, 1981. - 50 с.

6. Нашельский А. Я. Производство полупроводниковых материалов / А. Я. Нашельский. – М: Металлургия, 1982. – 312 с.

7. Нашельский А. Я. Технология полупроводниковых материалов / А. Я. Нашельский. – М: Металлургия, 1987. – 336 с.

8. Зимин С.П. Методы контроля технологических процессов в электронике: Метод. указания по выполнению лабораторных работ / С.П. Зимин. Яросл. гос. ун-т. – Ярославль: ЯрГУ, 2005. – 64 с.

Лабораторная работа № 2

Определение кристаллографической ориентации и плотности дислокаций для полупроводниковых образцов

Цель работы - ознакомление с существующими методами определения кристаллографической ориентации полупроводниковых монокристаллов, пластин, пленок; изучение методов контроля плотности дислокаций; экспериментальное определение кристаллографической ориентации и плотности дислокаций для предложенных образцов.

Теоретическая часть.

Важное значение в производстве полупроводниковых интегральных схем имеет ориентация исходных полупроводниковых пластин. Наиболее часто используются ориентации кристаллографических плоскостей (111), (100) и (110). При этом основные технологические операции (диффузия, окисление, травление и т.д.) имеют для каждой ориентации свои особенности, что связано с различным расположением атомов и различной их плотностью упаковки в данной плоскости. На рисунке 1 показано расположение атомов для ориентации (110) и (111).

Рис. 1. Решетка типа алмаза (кремний, германий) вдоль различных кристаллографических осей

Из рисунка следует, что плоскость кремния (111) является наиболее плотноупакованной, в то время как в направлении (110) большое число атомов располагается друг за другом и имеются широкие каналы, способствующие, например, процессам диффузии.

Если использовать исходные пластины различных ориентаций, то для ориентации (111) наблюдается наибольшая плотность поверхностных состояний, связанная с большим количеством незаполненных связей, что увеличивает величину порогового напряжения МДП-структур с 2,5 – 3В до 4 - 5В. Плотность поверхностного заряда окисленного кремния возрастает при переходе от (100) и (110) к (111).

Скрайбирование пластин (100) можно проводить в любом направлении, в то время как для других ориентаций направления скрайбирования строго фиксированы (параллельно и перпендикулярно базовому срезу). Эти и другие примеры свидетельствуют о важности контроля кристаллографической ориентации применяемых монокристаллов, пластин, пленок.

Методы определения кристаллографической ориентации.

В настоящее время широко используются 3 основных метода определения кристаллографической ориентации полупроводниковых образцов: рентгеновский, метод световых фигур и метод ямок травления.

Рентгеновский способ основан на изменении интенсивности отражения рентгеновских лучей от поверхности полупроводникового материала в зависимости от плотности упаковки атомов в данной плоскости. Согласно условию рассеяния рентгеновских лучей атомами кристаллической решетки угол падения пучка параллельных монохроматических рентгеновских лучей равен углу отражения от любой кристаллографической плоскости. При ориентировании образец, имеющий ровную поверхность, помещают на предметный столик рентгеновской установки (рис. 2) типа УРС-50ИМ, ДРОН-2,0 и др. Пучок рентгеновских лучей должен быть направлен к исследуемой поверхности под углом β, значение которого берется из таблиц (17°56' для кремния ориентации (111), 30°12' для кремния ориентации (110), 45°23' для кремния ориентации (100), 17°14' для германия ориентации (111), 28°56' для германия ориентации (110), и т.д.).

Рис. 2. Схема рентгеновского ориентирования

Приемник устанавливают под углом 2β к плоскости падения рентгеновских лучей и, разворачивая столик относительно вертикальной оси, фиксируют положение, соответствующее максимальной интенсивности отраженных лучей. По угломерной головке определяется угол разориентации исследуемой поверхности относительно выбранного кристаллографического направления. Максимальный угол разориентации, который можно определить на установке УРС-50И, для плоскости (111) кремния составляет 14 градусов, для германия – 13 градусов. Точность ориентации 15', время ориентации 10 - 15 мин.

В основу метода световых фигур положено свойство протравленных поверхностей отражать лучи в строго определенном направлении. Метод заключается в следующем: исследуемую поверхность полупроводника полируют, а затем обрабатывают в селективном травителе (табл. 1).

Вследствие различных скоростей травления в различных кристаллографических направлениях на поверхности появляются фигуры травления. После травления и тщательной промывки образец помещают в устройство, обеспечивающее нормальное падение светового луча высокой интенсивности. Отраженный рисунок наблюдается на экране, в котором имеется отверстие для первичного луча (рис. 3). По виду световой фигуры на экране определяется ориентация (рис. 4), а по смещению рисунка от центра экрана может быть оценена степень отклонения кристаллографической плоскости от плоскости поверхности образца. Для этого используется выражение tg2α = d*l , где α – угол разориентации, d – смещение центра световой фигуры относительно центра экрана, l – расстояние от экрана до образца.

Таблица 1

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: