germanium kristal tunggal adalah jenis n pada suhu bilik, dan kerintangan menunjukkan pergantungan bukan tunggal pada suhu. Apabila jenis pengaliran transit dari jenis n ke jenis p, kerintangan germanium pukal adalah dalam maksimum, dan mobiliti pembawa semakin berkurangan. Dengan peningkatan kepekatan dopan, peralihan dari dalam ke luar bergerak ke suhu bilik dan mencerminkan tahap ketulenan kristal. Trend yang sama ditemui dalam kristal tunggal germanium ketulenan tinggi yang didopkan dengan boron dalam kepekatan yang berbeza. Didapati bahawa interaksi prinsip bergantung dan konduktif suhu disebabkan oleh jalur kekotoran dan pembawa intrinsik dalam wafer germanium monohablur menghasilkan kepekatan reseptor yang rendah (<10¹²/ cm³). Bagi semikonduktor ekstrinsik, rintangan (konduktiviti) bahan adalah berkaitan terutamanya dengan kepekatan pembawa majoriti dan mobiliti. Rajah 1 menunjukkan variasi antara kerintangan dan kepekatan wafer germanium ekstrinsik:

Rajah 1 Variasi Bukan Linear bagi Kerintangan dan Kepekatan Germanium Jenis P atau N

Untuk meningkatkan kadar hasil di dalam dan luar negara, keperluan yang lebih ketat telah dikemukakan untuk keseragaman jejarian kerintangan kristal tunggal. Kristal tunggal Germanium sering dipengaruhi oleh kelajuan dan antara muka pepejal-cecair semasa proses pengeluaran. Taburan kerintangan germanium selalunya tidak sekata, dan keseragaman kerintangan secara langsung mempengaruhi kebolehpercayaan dan hasil peranti. Kaedah empat kuar linear DC untuk mengukur kerintangan memainkan peranan yang besar dalam penyelidikan dan pengeluaran bahan semikonduktor, dan merupakan salah satu kaedah ujian yang paling meluas.

1. Probe Empat Titik Linear DC untuk Mengukur Rintangan Wafer Germanium

Kuar empat linear DC terpakai pada pengukuran ketebalan sampel dan jarak terdekat dari pinggir sampel ke hujung mana-mana kuar, yang kedua-duanya lebih besar daripada 4 kali kerintangan padang kuar, dan diameter pengukuran lebih besar daripada 10 kali ganda padang siasatan. Kerintangan satu wafer germanium adalah kurang daripada 4 kali ganda pic probe. Julat ukuran ialah 1X10^-3ohm.cm~1X10²ohm.cm.

2. Prinsip untuk Menguji Kerintangan Ekstrinsik Germanium

Prinsip pengukuran ditunjukkan dalam Rajah 2. Empat probe yang disusun dalam garis lurus ditekan secara menegak pada permukaan rata spesimen separuh tak terhingga. Arus I (A) antara probe luar 1 dan 4, dan voltan U (V) antara probe dalam 2 dan 3. Di bawah keadaan tertentu, kerintangan p sampel berhampiran empat probe boleh dikira dengan formula (1 ) dan formula (2):

“l” ialah pekali probe;

"l1" ialah jarak antara probe 1 dan 2, dalam sentimeter (cm);

“l2” ialah jarak antara probe 2, 3, dalam sentimeter (cm);

“l3” ialah jarak antara probe 3 dan 4, dalam sentimeter (cm).

3. Peralatan dan Instrumen untuk Menentukan Kerintangan Germanium

Bilik perisai elektromagnet: Untuk menghapuskan arus parasit yang mungkin diperkenalkan oleh penjana frekuensi tinggi bersebelahan dalam litar pengukuran, pengukuran kerintangan germanium mesti dijalankan di dalam bilik perisai elektromagnet.

Peralatan suhu dan kelembapan malar: Pastikan suhu dalam bilik ujian kerintangan boleh distabilkan dalam suhu timbang tara 23±0.5°C, dan kelembapan relatif kurang daripada 70%.

Termometer: Ukur suhu permukaan kristal tunggal germanium dengan ketepatan dalam 0.1°C.

Penguji kerintangan empat probe termasuk:

Bekalan kuasa arus malar, yang boleh memberikan arus DC 10-1A ~ 10-5A, nilainya diketahui dan stabil dalam ± 0.5% semasa pengukuran;

Voltmeter Digital, yang mengukur voltan 10-5V~1V, ralatnya kurang daripada ±0.5%. Galangan input meter hendaklah lebih daripada tiga susunan magnitud lebih besar daripada rintangan badan sampel ditambah rintangan sentuhan antara sampel dan probe;

Peranti Probe: Kepala probe diperbuat daripada keluli alat, tungsten karbida dan bahan lain. Diameter kira-kira 0.5mm atau 0.8mm. Lekukan hujung kuar mestilah kurang daripada 100um. Jarak probe diukur dengan mikroskop pengukur (skala 0.01mm>. Kadar pergerakan mekanikal antara probe △l/l<0.3% (△l ialah pergerakan mekanikal maksimum jarak probe, l ialah jarak probe). rintangan penebat antara kuar lebih besar daripada 10³ MΩ;

Pemegang probe, yang diperlukan untuk menyediakan 5N~16N (jumlah daya), dan ia boleh memastikan kedudukan sentuhan probe dan sampel berulang kali dalam ±0.5% padang probe.

4. Langkah-langkah untuk Menguji Kerintangan Germanium pada Suhu Bilik

Langkah 1. Persekitaran pengukuran: Sampel diletakkan di dalam bilik ujian dengan suhu 23±0.5°C dan kelembapan relatif kurang daripada atau sama dengan 70%.

Langkah 2. Penyediaan sampel: Permukaan atas dan bawah sampel yang akan diuji dikisar dengan ampelas W28# untuk memastikan tiada kerosakan mekanikal dan tiada kesan.

Langkah 3. Bergantung pada diameter kristal tunggal, dua kedudukan pengukuran berikut boleh digunakan:

* Apabila diameter kristal tunggal kurang daripada 100mm, kedudukan pengukuran kerintangan permukaan hujung kristal tunggal ditunjukkan dalam Rajah 3.

* Apabila diameter hablur tunggal ialah ≥100 mm, kedudukan pengukuran kerintangan muka hujung kristal tunggal ditunjukkan dalam Rajah 4.

Langkah 4. Pengukuran: Apabila sampel Ge mencapai suhu yang ditentukan (23±0.5°C), tekan probe secara menegak pada kawasan model tunggal yang dipotong rata pada meja sampel, dan laraskan arus kepada nilai yang ditentukan. Arus harus memenuhi keadaan medan yang lemah: kurang daripada 1A/cm. Arus rod germanium dipilih mengikut Jadual 1. Ambil nilai purata voltan dalam arah arus hadapan dan belakang. Kira dengan formula yang berbeza mengikut panjang sampel, lihat Jadual 1.

Jadual 1 Substrat Germanium Pemilihan Semasa dengan Kerintangan Berbeza

Julat Kerintangan/(ohm*cm)	<0.01	0.01-1	1-30	30-100
Arus/mA	<100	<10	<1	<0.1
Nilai Semasa Wafer/mA yang disyorkan	100	2.5	0.25	0.025

5. Pengiraan Kerintangan Germanium dalam ohm*cm

Ketebalan wafer Ge lebih besar daripada 4 kali pic probe, dan kerintangan bahagian kristal tunggal dikira mengikut formula (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)

Dalam formula:

“pa” bermaksud nilai purata kerintangan germanium yang diukur pada 6mm dari tepi, dalam ohm*cm;

“pc” mewakili nilai purata bagi dua ukuran kerintangan di pusat, dalam ohm*cm.

* Apabila diameter kristal tunggal>100mm, peratusan maksimum perubahan E bagi rintangan jejari kristal tunggal Germanium dikira mengikut formula (4).

E = [(pM – ptg) / ptg] * 100% ……(4)

Dalam formula:

“pM” ialah kerintangan maksimum yang diukur, dalam ohm*cm;

“pm” ialah Kerintangan minimum yang diukur, dalam ohm*cm.

Jika sampel ialah wafer Ge, hitung faktor pembetulan geometri F:

Kira nisbah ketebalan sampel W kepada purata jarak probe S, dan gunakan interpolasi linear untuk mencari faktor pembetulan F(W/S) daripada Jadual 2.

Jadual 2 Faktor pembetulan ketebalan F(W/S) ialah fungsi nisbah ketebalan wafer germanium W kepada jarak kuar 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

 

Kira nisbah purata jarak probe S kepada diameter sampel D, dan cari faktor pembetulan F2

Apabila 2.5≤W/S<4, F2 mengambil 4.532.

Apabila 1<W/S<2.5, gunakan interpolasi linear untuk mencari F2 daripada Jadual 3.

Jadual 3 Faktor pembetulan F2 ialah fungsi nisbah jarak probe S kepada diameter D wafer Ge

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

 

Kira faktor pembetulan geometri F:

F=F(W / S) x W x F2 x F_sp……(5)

Dalam formula:

“F_sp” ialah faktor pembetulan jarak probe;

“W” ialah ketebalan sampel, dalam sentimeter (cm).

Nota: Apabila W/S>1 dan D>16S, ketepatan berkesan F adalah dalam lingkungan 2%.

6. Ketepatan Rintangan Germanium yang Diukur

Kebolehulangan piawai ini untuk mengukur kerintangan kristal tunggal germanium adalah lebih baik daripada ±10%;

Kebolehulangan standard ini untuk mengukur kerintangan germanium adalah lebih baik daripada ±10%.

Untuk maklumat lebih lanjut, sila hubungi kami melalui e-mel di victorchan@powerwaywafer.com dan powerwaymaterial@gmail.com.