Germanium resistivitet mätt med DC linjär fyrpunktssond – kriterium

Germanium resistivitet mätt med DC linjär fyrpunktssond – kriterium

Enkristall-germaniumet är av n-typ vid rumstemperatur, och resistiviteten visar icke-enkelt temperaturberoende. När ledningstyp övergår från n-typ till p-typ, är bulkgermaniumresistiviteten maximal, och bärarrörligheten minskar. Med den ökande dopämneskoncentrationen, flyttas övergången från inre till yttre till rumstemperatur och återspeglar kristallens renhetsnivå. Liknande trend finns i högrent germanium enkristall dopad med bor i olika koncentrationer. Det har visat sig att interaktionen mellan temperaturberoende och ledande princip orsakad av föroreningsband och inneboende bärare i monokristall germanium wafer resulterar i den låga receptorkoncentrationen (<1012/centimeter3). För yttre halvledare är resistansen (ledningsförmågan) hos materialet huvudsakligen relaterad till majoriteten av bärarkoncentrationen och rörligheten. Figur 1 visar variationen mellan resistivitet och koncentration av yttre germaniumskiva:

Icke-linjär variation av P eller N typ germanium resistivitet och koncentration

Fig. 1 Icke-linjär variation av P- eller N-typ germaniumresistivitet och koncentration

För att förbättra utbytet hemma och utomlands har strängare krav lagts fram för den radiella likformigheten av resistiviteten hos enkristall. Germanium enkristaller påverkas ofta av hastighet och fast-vätskegränssnitt under produktionsprocessen. Germaniumresistivitetsfördelningen är ofta ojämn, och resistivitetens enhetlighet påverkar direkt enhetens tillförlitlighet och utbyte. Den DC linjära fyrsondsmetoden för att mäta resistivitet spelar en stor roll i forskning och produktion av halvledarmaterial och är en av de mest omfattande testmetoderna.

1. DC linjär fyrpunktssond för att mäta motståndet hos Germanium Wafer

Den linjära DC-fyra-sonden gäller för mätning av provets tjocklek och det närmaste avståndet från provets kant till änden av någon sond, som båda är större än 4 gånger resistiviteten för sondstigningen, och mätdiametern är större än 10 gånger sondstigningen. Resistiviteten för en enda germaniumskiva är mindre än 4 gånger sondstigningen. Mätområdet är 1X10-3ohm.cm~1X102ohm.cm.

2. Princip för testning av yttre resistivitet hos germanium

Mätprincipen visas i figur 2. De fyra sonderna som är anordnade i en rät linje pressas vertikalt på den plana ytan av det semi-oändliga provet. Strömmen I (A) mellan de yttre sonderna 1 och 4, och spänningen U (V) mellan de inre sonderna 2 och 3. Under vissa förhållanden kan resistiviteten p för provet nära de fyra sonderna beräknas med formeln (1) ) och formel (2):

"l" är sondkoefficient;

"l1" är avståndet mellan sonderna 1 och 2, i centimeter (cm);

"l2" är avståndet mellan sonderna 2, 3, i centimeter (cm);

"l3" är avståndet mellan sonderna 3 och 4, i centimeter (cm).

Fig. 2 Schematiskt diagram av fyrsondsmetoden

Fig. 2 Schematiskt diagram av fyrsondsmetoden

3. Utrustning och instrument för att bestämma germaniumresistivitet

Elektromagnetiskt skärmningsrum: För att eliminera den parasitström som den intilliggande högfrekvensgeneratorn kan införa i mätkretsen, måste germaniumresistivitetsmätningen utföras i ett elektromagnetiskt skärmningsrum.

Utrustning för konstant temperatur och luftfuktighet: Se till att temperaturen i resistivitetstestrummet kan stabiliseras inom skiljetemperaturen på 23±0,5°C och att den relativa luftfuktigheten är mindre än 70 %.

Termometer: Mät yttemperaturen på germanium enkristall med en noggrannhet inom 0,1°C.

Resistivitetstestare med fyra sönder inkluderar:

Strömförsörjning med konstant ström, som kan ge 10-1A~10-5A likström, dess värde är känt och stabilt inom ±0,5% under mätning;

Digital voltmeter, som mäter spänningen 10-5V~1V, felet är mindre än ±0,5%. Mätarens ingångsimpedans bör vara mer än tre storleksordningar större än resistansen hos provkroppen plus kontaktresistansen mellan provet och sonden;

Sondanordning: Sondhuvudet är tillverkat av verktygsstål, volframkarbid och andra material. Diametern är cirka 0,5 mm eller 0,8 mm. Fördjupningen på sondens spets måste vara mindre än 100um. Sondavståndet mäts med ett mätmikroskop (skala 0,01 mm>. Den mekaniska rörelsehastigheten mellan sonderna △l/l<0,3 % (△l är den maximala mekaniska rörelsen av sondavståndet, l är sondavståndet). isolationsmotståndet mellan sonderna är större än 103 MΩ;

Sondhållare, som krävs för att ge 5N~16N (total kraft), och den kan säkerställa att kontaktpositionen för sonden och provet upprepade gånger är inom ±0,5% av sondens stigning.

4. Steg för att testa germaniums resistivitet vid rumstemperatur

Steg 1. Mätmiljö: Provet placeras i ett testrum med en temperatur på 23±0,5°C och en relativ luftfuktighet på mindre än eller lika med 70%.

Steg 2. Provberedning: De övre och nedre ytorna på provet som ska testas är slipade med W28# smärgel för att säkerställa att det inte finns några mekaniska skador och inga fläckar.

Steg 3. Beroende på enkristallens diameter kan följande två mätpositioner användas:

* När enkristalldiametern är mindre än 100 mm visas mätpositionen för enkristalländytans resistivitet i figur 3.

Fig. 3 Position för mätning av resistivitet för ren germanium under standardförhållanden, d <100 mm

Fig. 3 Position för mätning av resistivitet för ren germanium under standardförhållanden, d <100 mm

* När enkristalldiametern är ≥100 mm, visas mätpositionen för resistiviteten för enkristalländytan i figur 4.

Fig. 4 Position för mätning av germaniumresistivitet under standardförhållanden, d ≥100 mm

Fig. 4 Position för mätning av germaniumresistivitet under standardförhållanden, d ≥100 mm

Steg 4. Mätning: När Ge-provet når den angivna temperaturen (23±0,5°C), tryck på sonden vertikalt på den enstaka modellytan som är skuren platt på provbordet och justera strömmen till det angivna värdet. Strömmen bör uppfylla de svaga fältförhållandena: mindre än 1A/cm. Germaniumstavströmmen väljs enligt tabell 1. Ta medelvärdet av spänningen i strömriktningen framåt och bakåt. Beräkna med olika formler efter provets längd, se tabell 1.

Tabell 1 Aktuellt urval Germaniumsubstrat med olika resistivitet

Resistivitetsområde/(ohm*cm) <0.01 0.01-1 1-30 30-100
Ström/mA <100 <10 <1 <0.1
Rekommenderat waferströmvärde/mA 100 2.5 0.25 0.025

5. Beräkning av resistivitet hos germanium i ohm*cm

Tjockleken på Ge-skivan är större än 4 gånger sondstigningen, och enkristallsektionens resistivitet beräknas enligt 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 – st) / st] * 100 % ……(3)

I formeln:

"pa" står för medelvärdet av germaniumresistivitet mätt 6 mm från kanten, i ohm*cm;

"pc" representerar medelvärdet av de två resistivitetsmätningarna i mitten, i ohm*cm.

* När enkristalldiametern >100 mm beräknas den maximala procentuella förändringen E av Germaniums enkristalls radiella resistivitet enligt formel (4).

E = [(pM – pm) / pm] * 100 % ……(4)

I formeln:

"pM" är den uppmätta maximala resistiviteten, i ohm*cm;

"pm" är den uppmätta minsta resistiviteten, i ohm*cm.

Om provet är en Ge-wafer, beräkna den geometriska korrektionsfaktorn F:

Beräkna förhållandet mellan provtjockleken W och det genomsnittliga sondavståndet S och använd linjär interpolation för att hitta korrektionsfaktorn F(W/S) från tabell 2.

Tabell 2 Tjocklekskorrektionsfaktor F(W/S) är en funktion av förhållandet mellan germaniumskivans tjocklek W och sondavståndet 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    

 

Beräkna förhållandet mellan det genomsnittliga sondavståndet S och provets diameter D och hitta korrektionsfaktorn F2

När 2,5≤W/S<4 tar F2 4,532.

När 1<W/S<2,5, använd linjär interpolation för att hitta F2 från tabell 3.

Tabell 3 Korrektionsfaktorn F2 är en funktion av förhållandet mellan sondavståndet S och diametern D på Ge-skivan

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

 

Beräkna den geometriska korrektionsfaktorn F:

F=F(W/S) x B x F2 x Fsp……(5)

I formeln:

"Fsp” är korrigeringsfaktor för sondavstånd;

"W" är provets tjocklek, i centimeter (cm).

Obs: När W/S>1 och D>16S är den effektiva noggrannheten för F inom 2 %.

6. Precision av Germanium-resistansen uppmätt

Repeterbarheten för denna standard för att mäta resistiviteten hos germanium enkristall är bättre än ±10 %;

Reproducerbarheten för denna standard för att mäta germaniumresistiviteten är bättre än ±10%.

powerwaywafer

För mer information, kontakta oss via e-post på victorchan@powerwaywafer.com och powerwaymaterial@gmail.com.

Dela det här inlägget