<<
>>

3.4.3 Определение удельного сопротивления монокристаллов германия.

Монокристаллы германия для различных применений легируют примесями; неравномерное распределение примесей по объему отрицательно влияет на возможность использования германия. Концентрацию легирующих примесей на производстве и в исследовательских лабораториях обычно определяется с помощью измерения удельного сопротивления (рис.3.42).

Рис.3.42. Зависимость удельного сопротивления полупроводников от концентрации и типа легирующей примеси

В настоящее время для определения удельного электросопротивления германия широко применяется четырехзондовый метод, который основан на измерении разности потенциалов между двумя зондами четырехзондовой измерительной головки, установленной на плоской поверхности монокристалла, при пропускании электрического тока определенной величины через два других точечных зонда.

Измерения производятся согласно ГОСТу 24392-80. Разрешающая способность данного метода

зависит от количества точек измерения и ограничена размерами зонда (рис.3.43).

Рис.3.43. Схема 4-зондового метода (а). Пример измерения удельного сопротивления с помощью четырехзондовой измерительной головки (б)

Хорошо известно, что теплопроводность металлов и полупроводников зависит от удельного электросопротивления (для металлов, например, эта зависимость описывается законом Видемана-Франца). Следовательно, регистрация термограмм в процессе скоростного нагрева может дать косвенную информацию о распределении примеси внутри образца при использовании тепловизионной камеры в качестве дополнения к зондовому методу. Полностью отказаться от контактного способа определения удельного электросопротивления невозможно, так как требуются опорные точки для аппроксимации. А с учетом того, что разрешающая способность камеры при съёмке может достигать значений 0,5 мм/точку, точность определения удельного сопротивления или концентрации примеси может быть существенно повышена.

В настоящей работе был проведен ряд экспериментов с монокристаллами германия η-типа, легированных сурьмой с различными концентрациями и толщинами.

При первом измерении использовались однородные образцы с различным удельным электросопротивлением (табл. 3.5) с размерами

измеряемых поверхностей 10 ? 10 мм и с толщиной 5 мм (рис.3.44).

Рис.3.44. Образцы монокристаллов германия с различным удельным

электросопротивлением

Таблица 3.5. Характеристики монокристаллов германия

Концентрация легирующей примеси, cmj Удельное сопротивление, Ом-см
6∙ IO16 2,5
5 -IO15 4
2 -IO14 15
6 -IO13 40

Нагрев образцов производился одновременно, результаты тепловизионной съемки и температурный профиль, проходящий через все образцы, можно наблюдать на рис. 3.45.

Помимо температурного профиля, проходящего через все образцы, так же фиксировалась температура по точкам (инструмент ПО) на каждом образце (рис.3.46) для фиксирования динамики процесса.

Из графиков следует, что регистрация неравномерного распределения примеси тепловизионным методом в процессе охлаждения практически невозможна, а скорость нагрева влияет на чувствительность метода.

Рис.3.45. Тепловизионное изображение образцов германия с различным удельным электросопротивлением (а) и их температурные профили (б)

Рис.3.46. Температуры легированных образцов германия при нагреве и охлаждении

Второй эксперимент проводился на цилиндрическом образце диаметром 150 мм и толщиной 5,5 мм, для которого было измерено радиальное распределение удельного электросопротивления (рис.3.47).

Рис.3.47. Образец германия с неравномерным распределением легирующей

примеси (а). Удельное электросопротивление измеренное 4-х зондовым методом (б)

Тепловизионное изображение и температурный профиль представлены на рисунке 3.48. На них хорошо наблюдается неравномерное распределение

примеси не только в радиальном, но и в тангенциальном направлениях.

Рис.3.48. Тепловизионное изображение образца германия (а) и радиальные

температурные профили (б)

Третий эксперимент был проведен на образце диаметром 55 мм и толщиной 4мм с сильно неоднородным распределением примеси (рис.3.49).

а б

Рис.3.49. Образец германия с сильно неоднородным распределением легирующей примеси (а). Удельное электросопротивление, измеренное 4-х зондовым методом по диаметру (б)

Тепловизионное изображение и температурные профили представлены на рисунке 3.50. Один из температурных профилей взят с заниженным значением коэффициента излучения - для рассмотрения возможности контрастирования метода.

Рис.3.50. Тепловизионное изображение образца германия (а) и диаметральные температурные профили с различными значениями коэффициентов излучения (б)

Из представленных выше результатов следует, что использование тепловизионного метода в совокупности с зондовым способом значительно расширяет возможности для анализа распределения легирующей примеси и удельного электросопротивления в кристаллах и позволяет выявлять в них неоднородные области, даже если их размеры незначительны.

<< | >>
Источник: Третьяков Сергей Андреевич. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ И МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ОПТИЧЕСКУЮ ОДНОРОДНОСТЬ МОНОКРИСТАЛЛОВ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Тверь 2019. 2019

Еще по теме 3.4.3 Определение удельного сопротивления монокристаллов германия.:

  1. Известные оптические аномалии в монокристаллах германия и парателлурита.
  2. 3.3 Тепловизионный контроль монокристаллов германия.
  3. 3.4.2 ИК-дефектоскопия образцов германия.
  4. Определение твердости по Бринеллю
  5. Определение твёрдости
  6. Определение секущих модулей и коэффициентов поперечных деформаций при отсутствии трещин
  7. Определение прочности на растяжение
  8. Определение предела прочности при поперечном изгибе
  9. Влияние рельефа поверхностей на оптические характеристики элементов из монокристаллов.
  10. Третьяков Сергей Андреевич. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ И МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ОПТИЧЕСКУЮ ОДНОРОДНОСТЬ МОНОКРИСТАЛЛОВ. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Тверь 2019, 2019
  11. Третьяков Сергей Андреевич. ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ СТРУКТУРЫ И МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ОПТИЧЕСКУЮ ОДНОРОДНОСТЬ МОНОКРИСТАЛЛОВ. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Тверь - 2019, 2019
  12. Зависимость пропускания, поглощения и рассеяния света от объемных дефектов структуры и оптической однородности кристаллов.
  13. ОГЛАВЛЕНИЕ
  14. ВВЕДЕНИЕ
  15. Заключение