Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése Somlay Gergely Juhász.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése Somlay Gergely Juhász."— Előadás másolata:

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése Somlay Gergely Juhász László Mizsei János

2 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 2 Bevezető ► Félvezető anyagok és eszközök minősíthetőek:  Elektromos jellemzőik  Optikai jellemzőik  Kémiai és fizikai jellemzőik alapján ► Számunkra az elektromosak a legfontosabbak

3 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 3 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

4 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 4 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

5 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 5 Négyzetes ellenállás 1 négyzet esetén: [ρ s ] = ohm/négyzet

6 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 6 Négyzetes ellenállás inhomogén adalékolás esetén: Gummel szám:

7 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 7 Tűs kontaktus: fém-félvezető átmenet, „félvégtelen” térrész r

8 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 8 Tűs kontaktus: fém-félvezető átmenet, „félvégtelen”, vékony lemez r

9 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 9 Két tűs mérés ► Egyszerűen megvalósítható, de problémás az eredmények kiértékelése ► R c, R sp értékét külön nem lehet meghatározni

10 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 10 Négy tűs mérés ► Előzőnél jobb megoldás ► A parazita R c, R p és R sp elhanyagolható

11 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 11 Négytűs mérés – feszültség 1. ► A feszültség az elektródától r távolságra: ► Feszültség az 1. és 4. elektródák között végtelen félteres közelítés esetén:

12 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 12 Négytűs mérés – feszültség 2. ► Feszültség a 2. elektródán: ► Feszültség a 3. elektródán: ► A mért feszültség:

13 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 13 Négytűs mérés - ellenállás ► Innen az ellenállás: ► Egyenközű elektródák esetében: ► A képletben az elektródatávolság szerepel! ► Kisebb közzel szelet szélén is mérhetünk

14 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 14 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=F 1 F 2 F 3 ► F 1 – minta vastagsága ► F 2 – laterális méret ► F 3 – elektródák helyzete a minta széléhez képest

15 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 15 Korrekciós tényező - vastagság ► Nem vezető hátoldal esetén vékony mintára: ► Ez t ≤ s / 2 esetében igaz ► Vékony minták esetében, F 2 és F 3 ≈ 1 mellett: ► A képletben az elektródatávolság helyett a lemez vastagsága szerepel, mint geometriai paraméter!

16 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 16 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

17 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 17 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

18 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 18 Tetszőleges alakú minta 1. ► Az áram a 1-es kontaktuson folyik be és a 2-esen folyik ki ► A mért feszültség: U 34 = U 3 – U 4 ► R 23,41 definíciója hasonló

19 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 19 Tetszőleges alakú minta 2. ► Az ellenállás: ► ahol F az R r = R 12,34 / R 23,41 arány függvénye

20 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 20 Tetszőleges alakú minta 3. ► Szimmetrikus minták (kör, négyzet) esetében R r = 1 és F = 1, ekkor az ellenállás: ► A négyzetes ellenállás:

21 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 21 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

22 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 22 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

23 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 23 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

24 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 24 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: F T = 1 – C T (T – 23), ahol C T a vezetés hőmérsékletfüggését leíró tényező

25 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 25 Mérési hibák és megelőzésük 4.

26 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 26 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

27 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 27 Szelet térképezés ► Eredetileg ionimplatáció minősítésére ► Négyzetes ellenállás vagy egyéb paraméter mérése több pontban, majd az eredményekből szintvonalas ábra

28 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 28 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

29 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 29 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

30 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 30 Termikus hullám módszer 2.

31 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 31 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:

32 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 32 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)

33 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 33 Differenciális Hall effektus 2. ► A négyzetes ellenállás egyenletesen adalékolt rétegre (konstans töltéshordozó sűrűséggel):

34 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 34 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

35 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 35 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: » -->

36 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 36 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

37 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 37 Örvényáramok 1. ► Párhuzamos renzonáns tank –ból épül fel ► Egy vezető anyag behelyezése lerontja a jósági tényezőt

38 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 38 Örvényáramok 2. ► Az elnyelt teljesítmény: ► Adott teljesítmény mellett: P a = V T I T ► P a definíciója csak akkor igaz, ha a minta vastagsága kisebb, mint a skin mélység

39 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 39 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 keletkezik A minta vastagsága (t):

40 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 40 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

41 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 41 Konfokális rezonátor 2. ► A mérés során a Q jósági tényezőt és az f 0 rezonancia frekvenciát mérik ► Az impedancia valós része: ► Ebből az ellenállás:

42 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 42 Szelettípusok (150 mm alatti átmérők esetén): ► Csiszolatok segítségével  Alapcsiszolat irányban

43 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 43 Melegtűs mérés (a) ► A szelet típusa a hőmérséklet gradiens keltette Seebeck feszültség előjeléből határozható meg. A többségi hordozók árama n és p típusú anyagra: A szelet típusa négytűs elrendezésben váltakozóáramú táplálással és az egyenirányított komponens mérésével is meghatározható. Vezetési típus megállapítása Schottky kontaktussal (b):

44 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 44 Ellenállás adalékolásfüggése

45 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése 45 Intrinsic töltéshordozó sűrűség ► A 275 ≤ T ≤ 375 K tartományban: 130 o C


Letölteni ppt "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke Szilícium alapanyagok minősítése Somlay Gergely Juhász."

Hasonló előadás


Google Hirdetések