Enkeltkrystal germanium er n type ved stuetemperatur, og resistiviteten viser ikke-enkelt afhængighed af temperatur. Når ledningstypen går fra n-type til p-type, er bulk-germanium-resistiviteten i maksimum, og bærerens mobilitet er faldende. Med stigningen i koncentrationen af ​​dopingstof bevæger overgangen fra indre til ydre sig til stuetemperatur og afspejler krystallens renhedsniveau. Lignende tendens findes i germanium-enkeltkrystal med høj renhed dopet med bor i forskellige koncentrationer. Det har vist sig, at samspillet mellem temperaturafhængigt og ledende princip forårsaget af urenhedsbånd og indre bærer i monokrystal germanium wafer resulterer i den lave receptorkoncentration (<10¹²/ cm³). For ydre halvledere er modstanden (ledningsevnen) af materialet hovedsageligt relateret til størstedelens bærerkoncentration og mobilitet. Figur 1 viser variationen mellem resistivitet og koncentration af ydre germanium wafer:

Fig. 1 Ikke-lineær variation af P- eller N-type Germanium modstand og koncentration

For at forbedre udbyttegraden herhjemme og i udlandet er der blevet stillet strengere krav til den radiale ensartethed af resistiviteten af ​​enkeltkrystal. Germanium-enkeltkrystaller påvirkes ofte af hastighed og fast-væske-grænseflade under produktionsprocessen. Germanium-resistivitetsfordelingen er ofte ujævn, og ensartetheden af ​​resistivitet påvirker direkte enhedens pålidelighed og udbytte. Den DC lineære fire-probe metode til måling af resistivitet spiller en stor rolle i forskning og produktion af halvledermaterialer og er en af ​​de mest omfattende testmetoder.

1. DC lineær firepunktssonde til måling af modstanden af ​​Germanium wafer

Den DC-lineære fire-probe anvendes til måling af prøvens tykkelse og den nærmeste afstand fra prøvens kant til enden af ​​enhver sonde, som begge er større end 4 gange modstandsevnen af ​​sondestigningen, og målediameteren er større end 10 gange sondestigningen. Resistiviteten af ​​en enkelt germaniumwafer er mindre end 4 gange probestigningen. Måleområdet er 1X10^-3ohm.cm~1X10²ohm.cm.

2. Princip for test af germaniums ydre modstandsevne

Måleprincippet er vist i figur 2. De fire prober, der er arrangeret i en lige linje, presses lodret på den flade overflade af den semi-uendelige prøve. Strømmen I (A) mellem de ydre prober 1 og 4, og spændingen U (V) mellem de indre prober 2 og 3. Under visse betingelser kan resistiviteten p af prøven nær de fire prober beregnes med formel (1) ) og formel (2):

"l" er sondekoefficient;

"l1" er afstanden mellem prober 1 og 2, i centimeter (cm);

"l2" er afstanden mellem sonderne 2, 3 i centimeter (cm);

"l3" er afstanden mellem prober 3 og 4, i centimeter (cm).

3. Udstyr og instrumenter til bestemmelse af germaniumresistivitet

Elektromagnetisk afskærmningsrum: For at eliminere den parasitiske strøm, som den tilstødende højfrekvensgenerator kan indføre i målekredsløbet, skal germaniumresistivitetsmålingen udføres i et elektromagnetisk afskærmningsrum.

Udstyr til konstant temperatur og fugtighed: Sørg for, at temperaturen i resistivitetstestrummet kan stabiliseres inden for voldgiftstemperaturen på 23±0,5°C, og den relative luftfugtighed er mindre end 70%.

Termometer: Mål overfladetemperaturen på germanium-enkeltkrystal med en nøjagtighed inden for 0,1°C.

Fire-probes resistivitetstester inkluderer:

Konstant strømforsyning, som kan give 10-1A~10-5A DC-strøm, dens værdi er kendt og stabil inden for ±0,5% under måling;

Digitalt voltmeter, som måler spændingen på 10-5V~1V, fejlen er mindre end ±0,5%. Målerens indgangsimpedans skal være mere end tre størrelsesordener større end prøvelegemets modstand plus kontaktmodstanden mellem prøven og sonden;

Probeenhed: Probehovedet er lavet af værktøjsstål, wolframcarbid og andre materialer. Diameteren er omkring 0,5 mm eller 0,8 mm. Fordybningen af ​​sondespidsen skal være mindre end 100um. Probeafstanden måles med et målemikroskop (skala 0,01 mm>. Den mekaniske bevægelseshastighed mellem proberne △l/l<0,3 % (△l er den maksimale mekaniske bevægelse af sondeafstanden, l er probeafstanden). isolationsmodstand mellem sonder er større end 10³ MΩ;

Probeholder, som er påkrævet for at give 5N~16N (total kraft), og den kan sikre, at kontaktpositionen for sonden og prøven gentagne gange er inden for ±0,5% af sondestigningen.

4. Trin til testning af germaniums resistivitet ved stuetemperatur

Trin 1. Målemiljø: Prøven placeres i et testrum med en temperatur på 23±0,5°C og en relativ luftfugtighed på mindre end eller lig med 70%.

Trin 2. Prøveforberedelse: De øvre og nedre overflader af prøven, der skal testes, er slebet med W28# smergel for at sikre, at der ikke er nogen mekanisk skade og ingen pletter.

Trin 3. Afhængigt af enkeltkrystallens diameter kan følgende to målepositioner bruges:

* Når enkeltkrystaldiameteren er mindre end 100 mm, er målepositionen for enkeltkrystal-endefladeresistiviteten vist i figur 3.

* Når enkeltkrystaldiameteren er ≥100 mm, er målepositionen for enkeltkrystals endefladeresistivitet vist i figur 4.

Trin 4. Måling: Når Ge-prøven når den specificerede temperatur (23±0,5°C), tryk sonden lodret på det enkelte modelområde skåret fladt på prøvebordet, og juster strømmen til den specificerede værdi. Strømmen skal opfylde de svage feltbetingelser: mindre end 1A/cm. Germaniumstangstrømmen vælges i henhold til tabel 1. Tag gennemsnitsværdien af ​​spændingen i fremadgående og omvendte strømretninger. Beregn med forskellige formler i henhold til længden af ​​prøven, se tabel 1.

Tabel 1 Aktuelt udvalg af germaniumsubstrat med forskellig resistivitet

Resistivitetsområde/(ohm*cm)	<0.01	0.01-1	1-30	30-100
Strøm/mA	<100	<10	<1	<0.1
Anbefalet wafer-strømværdi/mA	100	2.5	0.25	0.025

5. Beregning af resistivitet af germanium i ohm*cm

Tykkelsen af ​​Ge waferen er større end 4 gange probestigningen, og enkeltkrystalsektionens resistivitet beregnes i henhold til formel (1).

Calculation of single crystal radial resistivity variation:

* When the single crystal diameter is less than 100mm, the single crystal radial resistivity varies E uniformly, calculated according to formula (3).

E = [(pa – pc) / pc] * 100 % ……(3)

I formel:

"pa" står for den gennemsnitlige værdi af germanium-resistivitet målt 6 mm fra kanten, i ohm*cm;

"pc" repræsenterer gennemsnitsværdien af ​​de to resistivitetsmålinger i midten, i ohm*cm.

* Når enkeltkrystaldiameteren>100 mm, beregnes den maksimale procentvise ændring E af Germanium-enkeltkrystals radiale resistivitet i henhold til formel (4).

E = [(pM – pm) / pm] * 100 % ……(4)

I formel:

"pM" er den målte maksimale resistivitet i ohm*cm;

"pm" er den målte minimumsresistivitet i ohm*cm.

Hvis prøven er en Ge wafer, beregnes den geometriske korrektionsfaktor F:

Beregn forholdet mellem prøvetykkelsen W og den gennemsnitlige sondeafstand S, og brug lineær interpolation til at finde korrektionsfaktoren F(W/S) fra tabel 2.

Tabel 2 Tykkelseskorrektionsfaktor F(W/S) er en funktion af forholdet mellem germanium wafertykkelse W og sondeafstand S:

W/S	F(W/S)	W/S	F(W/S)	W/S	F(W/S)	W/S	F(W/S)
0.1	1.0027	0.64	0.9885	0.91	0.9438	2.8	0.477
0.2	1.0007	0.65	0.9875	0.92	0.9414	2.9	0.462
0.3	1.0003	0.G6	0.9865	0.93	0.9391	3.0	0.448
0.4	0.9993	0.67	0.9853	0.94	0.9367	3.1	0.435
0.41	0.9992	0.68	0.9842	0.95	0.9343	3.2	0.422
0.42	0.9990	0.69	0.9830	0.96	0.9318	3.3	0.411
0.43	0.9989	0.70	0.9818	0.97	0.9293	3.4	0.399
0.44	0.9987	0.71	0.9804	0.98	0.9263	3.5	0.388
0.45	0.9986	0.72	0.9791	0.99	0.9242	3.6	0.378
0.46	0.9984	0.73	0.9777	1.0	0.921	3.7	0.369
0.47	0.9981	0.74	0.9762	1.1	0.894	3.8	0.359
0.48	0.9978	0.75	0.9747	1.2	0.864	3.9	0.350
0.49	0.9976	0.76	0.9731	1.3	0.834	4.0	0.342
0.50	0.9975	0.77	0.9715	1.4	0.803
0.51	0.9971	0.78	0.9699	1.5	0.772
0.52	0.9967	0.79	0.9681	1.6	0.742
0.53	0.9962	0.80	0.9664	1.7	0.713
0.54	0.9928	0.81	0.9645	1.8	0.685
0.55	0.9953	0.82	0.9627	1.9	0.659
0.56	0.9947	0.83	0.9608	2.0	0.634
0.57	0.9941	0.84	0.9588	2.1	0.601
0.58	0.9934	0.85	0.9566	2.2	0.587
0.59	0.9927	0.86	0.9547	2.3	0.566
0.60	0.9920	0.87	0.9526	2.4	0.546
0.61	0.9912	0.88	0.9505	2.5	0.528
0.62	0.9903	0.89	0.9483	2.6	0.510
0.63	0.9894	0.90	0.9460	2.7	0.493

 

Beregn forholdet mellem den gennemsnitlige sondeafstand S og prøvediameteren D, og ​​find korrektionsfaktoren F2

Når 2,5≤W/S<4, tager F2 4,532.

Når 1<W/S<2,5, brug lineær interpolation til at finde F2 fra tabel 3.

Tabel 3 Korrektionsfaktoren F2 er en funktion af forholdet mellem sondeafstanden S og diameteren D af Ge waferen

S/D	F2	S/D	F2	S/D	F2
0	4.532	0.035	4.485	0.070	4.348
0.005	4.531	0.040	4.470	0.075	4.322
0.010	4.528	0.045	4.454	0.080	4.294
0.015	4.524	0.050	4.436	0.085	4.265
0.020	4.517	0.055	4.417	0.090	4.235
0.025	4.508	0.060	4.395	0.095	4.204
0.030	4.497	0.065	4.372	0.100	4.171

 

Beregn den geometriske korrektionsfaktor F:

F=F(B/S) x B x F2 x F_sp……(5)

I formel:

"F_sp” er probeafstandskorrektionsfaktor;

"W" er prøvetykkelse i centimeter (cm).

Bemærk: Når W/S>1 og D>16S, er den effektive nøjagtighed af F inden for 2%.

6. Præcision af Germanium-modstanden målt

Repeterbarheden af ​​denne standard til måling af resistiviteten af ​​germanium-enkeltkrystal er bedre end ±10%;

Reproducerbarheden af ​​denne standard til måling af germaniumresistiviteten er bedre end ±10%.

For mere information, kontakt os venligst e-mail på victorchan@powerwaywafer.com og powerwaymaterial@gmail.com.