S zil cium alapanyagok min s t se
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 45

S zilícium alapanyagok minősítése PowerPoint PPT Presentation


  • 77 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

S zilícium alapanyagok minősítése. Somlay Gergely Juhász László Mizsei János. Bevezető. Félvezető anyagok és eszközök minősíthetőek: Elektromos jellemzőik Optikai jellemzőik Kémiai és fizikai jellemzőik alapján Számunkra az elektromosak a legfontosabbak. Fontosabb jellemzők.

Download Presentation

S zilícium alapanyagok minősítése

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


S zil cium alapanyagok min s t se

Szilícium alapanyagok minősítése

Somlay Gergely

Juhász László

Mizsei János


Bevezet

Bevezető

  • Félvezető anyagok és eszközök minősíthetőek:

    • Elektromos jellemzőik

    • Optikai jellemzőik

    • Kémiai és fizikai jellemzőik alapján

  • Számunkra az elektromosak a legfontosabbak

Szilícium alapanyagok minősítése


Fontosabb jellemz k

Fontosabb jellemzők

  • Elektromos:

    • Ellenállás, négyzetes ellenállás

    • Adalékkoncentráció

    • Mozgékonyság

    • Töltéshordozó élettartam (kisebbségi)

  • Optikai:

    • Szigetelő vastagsága

    • Oxigén és szén szennyezés meghatározása

  • Kémiai és fizikai:

    • Szennyezők eloszlása

    • Összetevők azonosítása és sűrűségük meghatározása

Szilícium alapanyagok minősítése


Ellen ll s

Ellenállás

  • Az ellenállás függ a szabad elektronok és lyukak sűrűségétől és a mozgékonyságuktól:

  • Extrinsic anyagoknál általában elhanyagolhatóak a kisebbségi töltéshordozók

  • A töltéshordozó koncentráció és a mozgékonyság nem mindig ismert, lehet az adalékolás inhomogén laterálisan és vertikálisan is

  • Több, különféle módszer kellhet

Szilícium alapanyagok minősítése


N gyzetes ellen ll s

Négyzetes ellenállás

1 négyzet esetén: [ρs] = ohm/négyzet

Szilícium alapanyagok minősítése


N gyzetes ellen ll s inhomog n adal kol s eset n

Négyzetes ellenállás inhomogén adalékolás esetén:

Gummel szám:

Szilícium alapanyagok minősítése


T s kontaktus f m f lvezet tmenet f lv gtelen t rr sz

Tűs kontaktus: fém-félvezető átmenet, „félvégtelen” térrész

r

Szilícium alapanyagok minősítése


T s kontaktus f m f lvezet tmenet f lv gtelen v kony lemez

Tűs kontaktus: fém-félvezető átmenet, „félvégtelen”, vékony lemez

r

Szilícium alapanyagok minősítése


K t t s m r s

Két tűs mérés

  • Egyszerűen megvalósítható, de problémás az eredmények kiértékelése

  • Rc, Rsp értékét külön nem lehet meghatározni

Szilícium alapanyagok minősítése


N gy t s m r s

Négy tűs mérés

  • Előzőnél jobb megoldás

  • A parazita Rc, Rp és Rsp elhanyagolható

Szilícium alapanyagok minősítése


N gyt s m r s fesz lts g 1

Négytűs mérés – feszültség 1.

  • A feszültség az elektródától r távolságra:

  • Feszültség az 1. és 4. elektródák között végtelen félteres közelítés esetén:

Szilícium alapanyagok minősítése


N gyt s m r s fesz lts g 2

Négytűs mérés – feszültség 2.

  • Feszültség a 2. elektródán:

  • Feszültség a 3. elektródán:

  • A mért feszültség:

Szilícium alapanyagok minősítése


N gyt s m r s ellen ll s

Négytűs mérés - ellenállás

  • Innen az ellenállás:

  • Egyenközű elektródák esetében:

  • A képletben az elektródatávolság szerepel!

  • Kisebb közzel szelet szélén is mérhetünk

Szilícium alapanyagok minősítése


Ellen ll s v kony lemez eset ben

Ellenállás vékony lemez esetében

  • Valós szeletekre a végtelen félteres közelítés nem jó, nagyobb egykristály tömbök esetében jó lehet

  • A geometriai tulajdonságokat korrekciós tényezőkkel vesszük figyelembe:

  • In-line elektródák esetében F=F1F2F3

  • F1 – minta vastagsága

  • F2 – laterális méret

  • F3 – elektródák helyzete a minta széléhez képest

Szilícium alapanyagok minősítése


Korrekci s t nyez vastags g

Korrekciós tényező - vastagság

  • Nem vezető hátoldal esetén vékony mintára:

  • Ez t ≤ s / 2 esetében igaz

  • Vékony minták esetében, F2 és F3 ≈ 1 mellett:

  • A képletben az elektródatávolság helyett a lemez vastagsága szerepel, mint geometriai paraméter!

Szilícium alapanyagok minősítése


N gyzetes ellen ll s1

Négyzetes ellenállás

  • Teljes vastagságában egyenletesen adalékolt (homogén adalékolású) mintára t ≤ s / 2 esetén:

  • Diffuziós, ionimplantált (inhomogén adalékolású), epitaxiális, vezető és polikristályos rétegek jellemzésére is megfelel

Szilícium alapanyagok minősítése


Tetsz leges alak mint k ellen ll sa

Tetszőleges alakú minták ellenállása

  • Az in-line elrendezés a leggyakoribb négy tűs elrendezés, de léteznek ettől eltérőek is

  • A négyzet elrendezés gyakori (négyzetes minták)

  • van der Pauw kimutatta, hogy tetszőleges mintára megadható egy konstans, ha

    • A kontaktus a minta peremén helyezkedik el

    • A kontaktus kicsi

    • A minta egyenletes vastagságú

    • A minta teljesen egybefüggő

Szilícium alapanyagok minősítése


Tetsz leges alak minta 1

Az áram a 1-es kontaktuson folyik be és a 2-esen folyik ki

A mért feszültség: U34 = U3 – U4

R23,41 definíciója hasonló

Tetszőleges alakú minta 1.

Szilícium alapanyagok minősítése


Tetsz leges alak minta 2

Tetszőleges alakú minta 2.

  • Az ellenállás:

  • ahol F az Rr = R12,34 / R23,41 arány függvénye

Szilícium alapanyagok minősítése


Tetsz leges alak minta 3

Tetszőleges alakú minta 3.

  • Szimmetrikus minták (kör, négyzet) esetében Rr = 1 és F = 1, ekkor az ellenállás:

  • A négyzetes ellenállás:

Szilícium alapanyagok minősítése


Tetsz leges alak minta 4

Tetszőleges alakú minta 4.

  • A van der Pauw egyenletek feltételezik az elhanyagolhatóan kis méretű kontaktusokat

  • A valóság más

  • A nem ideális kontaktusok hibája eliminálható lóhere alakú elrendezéssel

  • Ez bonyolultabb előkészítést igényel

  • Továbbfejlesztés: görög kereszt alakú elrendezés

Szilícium alapanyagok minősítése


M r si hib k s megel z s k 1

Mérési hibák és megelőzésük 1.

  • Minta mérete

    • Az elektródák távolságánál vékonyabb szelet vagy réteg esetén a számolt ellenállás egyenesen arányos a minta vastagságával

    • Fontos a minta vastagságának pontos ismerete

  • Többségi/kisebbségi töltéshordozó injektálás

    • Nagy áram mellett nem elhanyagolható a fém-félvezető átmenet kisebbségi töltéshordozó injektálása („tűs tranzisztor”: transfer resistor)

    • A kisebbségi hordozók növelik a többségi hordozók sűrűségét is (töltéssemlegesség), ezáltal nő a vezetés

    • Ennek csökkentésére növelni kell a kisebbségi töltéshordozók rekombinációját

Szilícium alapanyagok minősítése


M r si hib k s megel z s k 2

Mérési hibák és megelőzésük 2.

  • Elektródák távolsága

    • Mechanikus négytűs mérésnél a távolság nem pontos

    • Erősen inhomogén adalékolásnál probléma

  • Áramerősség

    • Kétféle hatás:

      • Növeli az ellenállást a melegedés

      • Csökkenti az ellenállást a kisebbségi és/vagy többségi töltéshordozó injekció

Szilícium alapanyagok minősítése


M r si hib k s megel z s k 3

Mérési hibák és megelőzésük 3.

  • Hőmérséklet

    • Termoelektromos feszültségek elkerülése érdekében egyenletes hőmérséklet

    • A hőmérséklet gradienseket az elektródák árama okozza főleg

    • Kis ellenállású anyagoknál nagy áram kell, ami melegedést okoz

    • A félvezetők érzékenyek a külső hőmérséklet változásaira

    • A hőmérsékleti korrekciós tényező: FT = 1 – CT(T – 23), ahol CT a vezetés hőmérsékletfüggését leíró tényező

Szilícium alapanyagok minősítése


M r si hib k s megel z s k 4

Mérési hibák és megelőzésük 4.

Szilícium alapanyagok minősítése


M r si hib k s megel z s k 41

Mérési hibák és megelőzésük 4.

  • Nagy ellenállású anyagok

    • Nagy ellenállású anyagok (GaAs) ellenállása nehezen mérhető 4 tűs méréssel

    • Közepesen adalékolt félvezetők mérése is nehéz alacsony hőmérsékleten

    • A legegyszerűbb mérési elrendezés: egy nagy kontaktus az egyik oldalon, míg egy kis kontaktus a másikon

      • Hátránya a szivárgási áram

Szilícium alapanyagok minősítése


Szelet t rk pez s

Szelet térképezés

  • Eredetileg ionimplatáció minősítésére

  • Négyzetes ellenállás vagy egyéb paraméter mérése több pontban, majd az eredményekből szintvonalas ábra

Szilícium alapanyagok minősítése


Ram tomogr fia

Áram tomográfia

  • Szelet peremén fix számú (16,32) kontaktus

  • Egy elektródapáron keresztül áram folyatása

  • A többi elektróda feszültségét mérjük

  • Nincsenek mérés közben mozgatások (idő)

  • A hasznos felülettel nincs érintkezés, így nem is szennyeződik

  • Az ellenállás eloszlás az orvosi tomográfiai technikák segítségével kapható

Szilícium alapanyagok minősítése


Termikus hull m m dszer 1

Termikus hullám módszer 1.

  • Modulált lézersugár segítségével melegítik a mintát

  • A lokális hőmérséklet változás térfogatváltozással jár, aminek termoelasztikus és optikai hatásai vannak

  • Egy második lézerrel a visszatükrözés változását mérjük

  • Kalibráció szükséges ismert minták segítségével

  • Nincs kontaktus és nem destruktív

  • Csupasz és oxidált szeleten is működik

Szilícium alapanyagok minősítése


Termikus hull m m dszer 2

Termikus hullám módszer 2.

Szilícium alapanyagok minősítése


Ellen ll sprofil meghat roz sa

Ellenállásprofil meghatározása

  • A négy tűs módszerrel kapott négyzetes ellenállás értékből csak egyenletesen adalékolt félvezetőkre lehet fajlagos ellenállást számítani

  • Nem egyenletes adalékolásnál nem elég a négyzetes ellenállás meghatározása

  • Sok esetben csak az adalékolás profiljára és az összes bevitt adalékatomra van specifikáció

Gummel szám:

Szilícium alapanyagok minősítése


Differenci lis hall effektus 1

Differenciális Hall effektus 1.

  • A mintából vékony rétegeket távolítunk el

  • Minden lépésnél mérés

  • A négyzetes ellenállás:

  • A vizsgált réteget el kell szigetelni a szubsztráttól (pn átmenet)

Szilícium alapanyagok minősítése


Differenci lis hall effektus 2

Differenciális Hall effektus 2.

  • A négyzetes ellenállás egyenletesen adalékolt rétegre (konstans töltéshordozó sűrűséggel):

Szilícium alapanyagok minősítése


Terjed si ellen ll s m r se spreading resistance profiling srp

Terjedési ellenállás mérése (Spreading Resistance Profiling - SRP)

  • Két pontosan igazított elektróda végigléptetése a mintán

  • A ferde felület dőlésszöge 1°-nál kisebb is lehet

  • Az eredeti felület oxidálása: segít a helyes skálázásban

Szilícium alapanyagok minősítése


Spreading resistance

Spreading resistance

  • Az áram az elektródánál koncentrálódik és onnan áramlik szét sugárirányban

  • Hengeres, a felülettel csak érintkező elektróda esetében végtelen féltérre:

  • A mintába behatoló, félgömb felületű elektródára:

    • -->

Szilícium alapanyagok minősítése


Rint smentes m dszerek

Érintésmentes módszerek

  • Két nagy kategória:

    • Elektromos

    • Nem elektromos

  • Elektromos módszerek típusai:

    • Mikrohullámú áramkörrel transzmisszió és reflexió vizsgálata

    • A minta és a mérőeszköz kapacitív csatolása

    • A minta és a mérőeszköz induktív csatolása

Szilícium alapanyagok minősítése


Rv ny ramok 1

Örvényáramok 1.

  • Párhuzamos renzonáns tank –ból épül fel

  • Egy vezető anyag behelyezése lerontja a jósági tényezőt

Szilícium alapanyagok minősítése


Rv ny ramok 2

Örvényáramok 2.

  • Az elnyelt teljesítmény:

  • Adott teljesítmény mellett: Pa = VTIT

  • Pa definíciója csak akkor igaz, ha a minta vastagsága kisebb, mint a skin mélység

Szilícium alapanyagok minősítése


Minta vastags g nak m r se

Minta vastagságának mérése

  • Két érintésmentes módszer:

    • Ultrahangos: a minta alsó és felső felületéről visszaverődő hullámokat mérik

    • Kapacitív: két elektróda közé helyezik a mintát, így két sorbakapcsolt kondenzátor keletkezikA minta vastagsága (t):

Szilícium alapanyagok minősítése


Konfok lis rezon tor 1

Konfokális rezonátor 1.

  • Felületi ellenállás elemző (SRA)

  • Az r görbületű tükör r/2 távolságra van a mintától

  • A kialakuló álló elektromágneses hullámok a minta dielektromos és vezetési tulajdonságitól függenek

Szilícium alapanyagok minősítése


Konfok lis rezon tor 2

Konfokális rezonátor 2.

  • A mérés során a Q jósági tényezőt és az f0 rezonancia frekvenciát mérik

  • Az impedancia valós része:

  • Ebből az ellenállás:

Szilícium alapanyagok minősítése


S zelett pusok 150 mm alatti tm r k eset n

Szelettípusok (150 mm alatti átmérők esetén):

  • Csiszolatok segítségével

    • Alapcsiszolat <110> irányban

Szilícium alapanyagok minősítése


Melegt s m r s a

Melegtűs mérés (a)

  • A szelet típusa a hőmérséklet gradiens keltette Seebeck feszültség előjeléből határozható meg. A többségi hordozók árama n és p típusú anyagra:

Vezetési típus megállapítása Schottky kontaktussal (b):

A szelet típusa négytűs elrendezésben váltakozóáramú táplálással és az egyenirányított komponens mérésével is meghatározható.

Szilícium alapanyagok minősítése


Ellen ll s adal kol sf gg se

Ellenállás adalékolásfüggése

Szilícium alapanyagok minősítése


Intrinsic t lt shordoz s r s g

Intrinsic töltéshordozó sűrűség

  • A 275 ≤ T ≤ 375 K tartományban:

130 oC

Szilícium alapanyagok minősítése


  • Login