《半导体测试与分析》PPT课件

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1、半导体材料的测试分析前言半导体材料中杂质和缺陷的重要性随着半导体技术和科学的发展，对杂质和缺陷的检测方法在准确性和精度方面要求越来越高检测内容也发生了变化。从材料缺陷宏观观察和电学性质的宏观测量转移到对表面、界面及薄膜的组分、结构和特征参数的细微研究。从对杂质和缺陷宏观效果评价发展到对他们电子结构及相互作用的探索人类在自然科学和工程技术方面的长足进步，也为半导体材料的检测和分析提供了多种物理、化学方法电阻率与杂质浓度测试电阻率是半导体材料最重要的电特性之一电阻率值的大小是设计器件参数以及器件制造过程中选择材料、控制工艺条件的重要依据半导体生产过程中的电

2、阻率测量是十分频繁的，也是非常关键的。准确易行的电阻率测量方法对于保证器件质量以及新材料、新器件、新工艺的开发都是十分必要的。半导体电阻率的测量与导体的电阻率测量是有区别的1、在金属与半导体接触的界面附近也要产生一个耗尽层。因为金属的电子密度极高，因而这个耗尽层展宽在半导体一边。耗尽层中只有不能自由运动的电离杂质，它们不能参与导电，因而这是一个高阻层。同时，任何两种材料的小面积接触都会在接触处产生扩展电阻。尤其是对金属—半导体点接触，这个扩展电阻会很大，人们常常把这两个因接触而产生的高电阻统称为接触电阻。因此，当用欧姆表来测量半导体时，这个巨大的接触电

3、阻就会使结果面目全非，毫不可信。2、功函数不同的两种金属制品在接触时也要因接触电势差而在界面上出现一个电荷偶层，但这个空间电荷层极薄，每边只有约一个原于层厚，远小于电子的扩散长度，因而对载流子没有阻挡作用。同时，金属与金属的小面积接触的扩展电阻也很小。因此，上述方法对测量金属导体的电阻率是精确的。3、由非平衡载流子的电注入效应可以想到，如果被测半导体是n型，那么测量电流将通过正电极向半导体注入空穴；若被测半导体是P型则会从负电极向半导体注入电子。这些注入的少数载流子在外电场的驱使下向另一电极漂移，参与导电。在注入电极附近的某一范围内，载流子密度因此而高

4、于载流子的热平衡密度，因而测量结果不能反映材料电阻率的真正大小。对于热平衡载流子密度较低的高阻材料，其接触电阻更大，少子注入的影响也更加严重。半导体的特殊性使我们在测量其电阻率时不能使用测量金属导体电阻率时通常使用的方法，而必须使用根据其特点设计的一些专用方法。探针法、C—V测试法、霍尔测试法等等。在这些方法中，探针法最简便易行，因而使用面最广。探针法依其测试原理分为电位探针法、击穿探针法、扩展电阻探针法电位探针法电位探针法原理就是用两根探针测量该物体两点或两等位面间的电位差，然后根据一定的理论公式换算出该物体的电阻率。导致该物体内有电位分布的电流，是

5、由另外的探针或其他形式的电极注入的。用欧姆表直接测量半导体电阻率的失败，根本原因在于测试电流的输入和该电流在被测样品上产生的压降的测量共用一对探针。如果我们使二者分开，用一对探针专门测量被测样品某两个等位面或某两点之间的电位差，不让测试电流通过这两根探针，上述困难是完全可以克服的。这就是利用电位探针法测量半导体电阻率的基本出发点。二探针法用两根探针借助于电位差计量取样品表面某两点(实际上是某两个等位面)间的电位差U，并量出流经样品的电流值I，即可算出该两个等位面间的长方体的电阻值R。精确量出探针间距L及样品截面积S，则样品的电阻率为两个改进措施补偿法来

6、测量电压，以避免探针与半导体之间高阻接触对测量结果的影响两个端电极与被测半导体之间为欧姆接触，因而避免了少数载流子的注入二探针法的优点和缺点优点：不受样品尺寸大小的影响和电流源少子注入的影响等缺点：对样品的形状和电阻率的均匀性要求严格，而且还需要大面积的欧姆接触电极，在实际应用中颇不方便四探针法用四探针法测量半导体电阻率的基本实验装置如图。四根金属探针相互保持一定距离，同被测半导体的某一平坦表面接触。恒流源通过两外侧探针向半导体样品输入稳定电流I，在样品中产生一稳定电流场，然后借助于两根内探针测量该电流场中某两点间的电位差U。电流场理论对各种样品形状提

7、供了I、U与样品材料电阻率ρ之间的函数关系。第一类情形：半无限大样品如果电流源位于某一个界面上但距其余各界面足够远，则可视其为半无限大探针的布置方法材料电阻率的表达式不等距四边形触点在同一直线不等距触点等距直线排列正方形探针排列第二类情形：“无限大”薄层样品对于等距直线布置触点，薄层电阻率可表示为用四探针法测小样品电阻率时的修正两种无穷大边界是不存在的。任何半导体样品都只有有限大小的尺寸。适当大的样品可以视为符合这两种解的要求。那么，这两个解究竞对多大的样品尺寸才适合，尺寸不合适的样品该怎样修正修正的理论依据电场问题的单值定理指出，满足边界条件的解必有

8、且只有一个。对于某个特定的边界，如果有一个解能满足它所要求的条件，那么这个解就是唯一正确的，就