Способ определения удельного электросопротивления полупроводников с помощью инфракрасной оптики

Авторы патента:

Каплунов Иван Александрович (RU)

Третьяков Сергей Андреевич (RU)

Иванова Александра Ивановна (RU)

Молчанов Сергей Вячеславович (RU)

H01L22/14 - Основные элементы электрического оборудования

H01L21/66 - испытания или измерения в процессе изготовления или обработки (после изготовления G01R 31/26)

Владельцы патента RU 2750427:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для неразрушающего контроля удельного электросопротивления полупроводниковых кристаллических материалов, в частности монокристаллов германия. В способе согласно изобретению образец размещают на подложке, экранирующей электромагнитное излучение от нагревательного элемента, быстро нагревают, регистрируют его тепловизионное изображение, определяют опорные точки, имеющие минимальную и максимальную температуру образца, измеряют в этих точках электросопротивление четырехзондовым методом, строят температурные профили и на их основании с помощью предложенной формулы. Изобретение обеспечивает возможность осуществлять контроль распределения удельного электросопротивления полупроводниковых материалов более точно с минимальным повреждением поверхности образца. 4 ил.

Известен способ определения удельного электросопротивления (RU 95120920, опубл. 20.02.1998), где в качестве средства измерения электросопротивления тонкослойных материалов используется четырехэлектродный потенциометрический датчик. Недостатком этого метода является механический контакт датчика с образцом в каждой точке измерения.

Известен способ определения удельного электросопротивления поверхностного слоя материала (RU 2426137, опубл. 12.04.2010), включающий измерение электросопротивления контакта поверхностного слоя материала с металлической плитой методом амперметра-вольтметра, определение силы прижима поверхностного слоя материала к металлической плите, измерение параметра шероховатости и твердости поверхностного слоя с дальнейшим вычислением удельного электросопротивления. Недостатками данного способа являются определение удельного электрического сопротивления только поверхностного слоя материала, а также проведение дополнительных работ по измерению силы прижима, параметра шероховатости и твердости.

Известен способ бесконтактного определения удельного электросопротивления (RU 2687504, опубл. 24.05.2018), который заключается в определении удельного электросопротивления металлического образца, нагреваемого высокочастотным индукционным генератором в диапазоне температур 1000-2500 К. Способ базируется на зависимости величины электродвижущей силы от удельного электросопротивления материала образца. Недостатками этого способа является ограничение рабочих температур диапазоном 1000-2500К, а также образец должен быть металлическим и обладать цилиндрической формой.

Близким к заявляемому изобретению по технической сущности является способ измерения удельного электрического сопротивления четырехзондовым методом [ГОСТ 24392-80 Кремний и германий монокристаллические. Измерение удельного электрического сопротивления четырехзондовым методом]. Недостатками способа-прототипа являются относительно низкая разрешающая способность из-за размеров контакта зонд-полупроводник, нагрев образцов при прохождении тока, что увеличивает погрешность измерений, а также контактность метода, приводящая к механическим повреждениям образца в каждой точке измерения.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является разработка способа контроля распределения удельного электросопротивления полупроводниковых материалов, позволяющего измерить удельное электросопротивление более точно с минимальным повреждением поверхности образца.

Данная задача решается за счет того, что в способе определения удельного электросопротивления полупроводников с помощью инфракрасной оптики, включающем измерение удельного электросопротивления четырехзондовым методом, образец размещают на подложке, экранирующей электромагнитное излучение от нагревательного элемента, быстро нагревают, регистрируют его тепловизионное изображение, определяют опорные точки, имеющие минимальную и максимальную температуру образца, измеряют в этих точках электросопротивление, строят температурные профили, на основе которых рассчитывают профили удельного электросопротивления.

Техническим результатом данного изобретения является снижение механических повреждений поверхностного слоя образца, а также повышение точности определения удельного электросопротивления.

Указанный технический результат достигается за счет того, что уменьшается количество контактов зонда с поверхностью образца, а повышение точности и горизонтального разрешения обусловлено тем, что линейные размеры пикселя тепловизионного изображения меньше размеров контакта зонд-полупроводник.

Изобретение поясняется графическими материалами:

На Фиг.1 представлена схема регистрации тепловизионных изображений, где 1 - нагревательный элемент, 2 - подложка, 3 – образец, 4 - тепловизионная (инфракрасная) камера.

На Фиг.2 представлено тепловизионное изображение образца монокристаллического германия.

На Фиг.3 представлен температурный 2D профиль, представляющий график зависимости температуры от координаты.

На Фиг.4 представлен рассчитанный 2D профиль удельного электросопротивления, представляющий график зависимости удельного электросопротивления от координаты.

Заявленный способ заключается в нагревании полупроводниковых кристаллов, регистрации их температурных профилей с помощью инфракрасного тепловизора и дальнейшего расчета карты удельного электрического сопротивления, основанного на значениях в опорных точках, полученных четырехзондовым методом.

Образец размещается на подложке с коэффициентом излучения отличным от коэффициента излучения образца. Подложка с исследуемым образцом располагается на нагревательном элементе. Тепловизионные изображения образца регистрируют с помощью инфракрасной камеры в процессе быстрого нагрева образца (Фиг.1), получают температурные профили посредством программного обеспечения (ПО) тепловизионной камеры, определяют как минимум две опорные точки, имеющие минимальную и максимальную температуру образца, в которых четырехзондовым методом измеряют удельное электросопротивление. С помощью уравнения и полученного температурного профиля рассчитывают профиль удельного электросопротивления по всей площади поверхности и интегрально по объему.

Способ осуществляется следующим образом.

Образец, находящийся на подложке, располагают на нагревательном элементе. Регистрируют тепловизионные изображения в момент нагрева, соответствующий началу стабилизации температуры. Тепловизионные изображения представляются в виде температурных профилей (характеристических температурных поверхностей) посредством программного обеспечения. На профиле выбираются две опорные точки, в которых четырехзондовым способом определяется удельное электросопротивление. Далее, согласно уравнению (1), рассчитывают удельное электрическое сопротивление во всех точках температурного профиля и получают профиль удельного электросопротивления. Использование двух опорных точек достаточно в связи с линейной зависимостью между проводимостью и теплопроводностью, однако можно использовать и большее количество точек.

где ρ_Sp1,_Sp2,_x - удельное сопротивление в двух опорных точках и расчётное, а Т_Sp1,_Sp2,_х - соответствующие температуры.

Пример 1. Измерения проводились на образце монокристаллического германия с толщиной 0.7 мм и диаметром 34 мм.

В процессе быстрого нагрева образца было зафиксировано тепловизионное изображение (Фиг.2), на котором были взяты две опорные точки, и измерено удельное электросопротивление с помощью четырехзондового метода, ρ_Sp1=16,5 Ом∙см и ρ_Sp2=24,8 Ом∙см.

С помощью программного обеспечения тепловизора, был построен температурный 2D профиль – Li1, зависимость температуры от координаты (Фиг. 3). После применения уравнения (1) он был преобразован в 2D профиль удельного электросопротивления (Фиг. 4). Для проверки способа четырехзондовым методом измерено удельное электросопротивление вдоль данного профиля. Полученный результат был усреднён,так как размер зонда не позволяет точно позиционировать точку измерений. Общие результаты представлены в таблице:

Таблица

Номер точки	Температура в точке, °С	Расчетное удельное электросопротивление, Ом∙см	Удельное электросопротивление, четырехзондовый метод, Ом∙см
9	66,67	20,96	21,1
10	66,65	21,17
18	66,4	23,76	17,6
19	67,33	14,11	17,6
20	66,39	23,87
23	66,32	24,59	23,8
24	66,22	25,63

Представленные в таблице значения удельного электросопротивления, полученные четырехзондовым методом и заявленным способом, сопоставимы. Однако, заявленный способ позволяет определять значения с большим горизонтальным разрешением, так как размер измерительного зонда в четырехзондовом методе соответствует нескольким пикселям тепловизионного изображения. Данные результаты подтверждают эффективность данного способа для измерения удельного электросопротивления в полупроводниках.

Применение данного способа позволяет определять удельное электросопротивление по площади и в объеме образца, снижая количество контактов с поверхностью, что минимизирует разрушение поверхностного слоя образца, увеличивает разрешающую способность, повышает точность измерений.

Способ определения удельного электросопротивления полупроводников с помощью инфракрасной оптики, включающий измерение удельного электросопротивления четырехзондовым методом, отличающийся тем, что образец размещают на подложке, экранирующей электромагнитное излучение от нагревательного элемента, быстро нагревают, регистрируют его тепловизионное изображение, определяют опорные точки, имеющие минимальную и максимальную температуру, измеряют в этих точках электросопротивление четырехзондовым методом, строят температурные профили и на их основании с помощью формулы

где p_{Sp1, Sp2, x}- удельное сопротивление в двух опорных точках и расчётное, а T_Sp1, _Sp2, _х - соответствующие температуры, рассчитывают профиль удельного электросопротивления полупроводников.

Изобретение относится к устройствам, специально предназначенным для изготовления или обработки полупроводниковых приборов или приборов на твердом теле или их частей, а именно к креплению полупроводникового прибора на опоре для сборки и пайки матриц лазерных диодов. Устройство для сборки и пайки матрицы лазерных диодов (МЛД)) включает основание 1, в котором сформирован паз ступенчатого профиля 2 под установку субмодулей 3 МЛД, состоящих из линеек лазерных диодов 4 (ЛЛД) и теплоотводов, ограничитель 5, к которому вплотную устанавливают первый субмодуль 3 (фиг.

Способ входного контроля монокристаллических кремниевых пластин // 2745634

Изобретение относится к области технологии производства силовых полупроводниковых приборов и касается способа входного контроля монокристаллических кремниевых пластин. Способ включает в себя облучение пластин инфракрасным излучением, определение коэффициента пропускания, установление корреляционной зависимости между коэффициентом пропускания и количеством годных пластин и оценку пригодности пластин по этой характеристике.

Способ изготовления полупроводникового прибора // 2737722

Изобретение относится к электронной технике, а более конкретно к способам изготовления полупроводниковых приборов и микросхем, предназначенных для сборки в корпус с использованием эвтектической пайки и может быть использована для широкого круга изделий электронной техники. Техническим результатом изобретения является расширение области использования при покрытии посадочного места серебром, повышение производительности труда при сборке и повышение качества пайки.

Способ изготовления жестких зондовых головок // 2730888

Использование: для контроля статических и динамических параметров многовыводных кристаллов БИС, в том числе для считывания информации с матриц ИК фоточувствительных элементов. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления жесткой зондовой головки, предназначенной для электрического соединения контактных площадок БИС со схемой измерения, заключается в сборке жесткой зондовой головки с использованием формирующего и армирующего колец, при этом формирующее и армирующее кольца изготавливают круглой формы с концентрическими отверстиями, после сборки жесткой зондовой головки к внутренней части армирующего кольца и прилегающему к ней ряду зондов приклеивают дополнительные диэлектрические вставки в виде сегментов с внешним диаметром, равным внутреннему диаметру армирующего кольца, и внутренней частью дугообразной формы для выравнивания длин зондов в центре и по краям рядов зондов.

Способ контроля структурного состояния алмазоподобных тонких пленок // 2723893

Изобретение относится к технологии производства тонких алмазных пленок и может быть использовано для оперативного контроля структурного состояния (распределения sp2- и sp3-связей). Способ контроля структурного состояния алмазоподобных тонких пленок включает сканирование поверхности пленок зондом сканирующего зондового микроскопа в режиме туннельного тока, а геометрические параметры структурных объектов, представляющих собой совокупности токовых каналов, в которых атомы углерода с sp2-связями формируют графитовую фазу, и непроводящих алмазных фрагментов, сформированных атомами углерода с sp3-связями, определяются Фурье-анализом.

Способ профилирования состава при эпитаксиальном формировании полупроводниковой структуры на основе твердых растворов // 2717359

Изобретение относится к профилированию состава твердых растворов гетероэпитаксиальных структур при их росте. Способ при формировании структуры типа А2В6 на основе теллуридов элементов второй группы таблицы Менделеева включает измерения эллипсометрических параметров Ψ и Δ на одной длине волны света видимой области спектра.

Способ определения индексов направления дислокаций // 2714304

Изобретение относится к приборам и методам экспериментальной физики и предназначено для исследования дефектной структуры кристаллов. Технической задачей является определение направлений дислокаций с большим углом отклонения от нормали к плоскости (111).

Материал для электростриктора // 2696729

Изобретение относится к области создания электромеханических изделий и ультразвуковых излучателей. Предложен материал для электростриктора на основе твердых растворов, включающий PbO, MgO, Nb2O5 и TiO2 и дополнительно содержащий оксиды Bi2O3 и Sc2O3, при этом указанный материал имеет состав (1-2x)BiScO3⋅xPbTiO3⋅xPb(Nb2/3Mg1/3)O3 при x = 0,42.

Способ изготовления фотовольтаических элементов с использованием прекурсора для жидкофазного нанесения полупроводниковых слоев р-типа // 2694118

Изобретение относится технологии изготовления фотовольтаических преобразователей. Согласно изобретению предложен способ изготовления фотовольтаических (ФВЭ) элементов с использованием прекурсора для жидкофазного нанесения полупроводниковых слоев р-типа, включающий получение прекурсора [Сu(NН3)4](ОН)2 растворением Сu(ОН)2 в насыщенном растворе аммиака в этиленгликоле с концентрациями от 5 до 100 мг/мл, прогрев подложки, формирование слоя нестехиометрического оксида меди путем жидкофазного нанесения раствора методом вращения подложки (центрифугирования) на слой оксида индия, допированного фтором, на стекле в режиме вращения, от 2500 до 3500 об/мин в течение 30-90 секунд, с последующим отжигом при температуре 150-300°С в течение 1 часа, нанесение методом центрифугирования подложки слоя перовскита, нанесение аналогичным образом на слой перовскита полупроводящего органического слоя метилового эфира фенил-С61-масляной кислоты, а затем батокупроина, терморезистивное напыление проводящих контактов на основе серебра.

Способ повышения точности контроля качества стыковки // 2686882

Изобретение может быть использовано для гибридизации матричных фотоприемных устройств (МФПУ) методом перевернутого монтажа. Способ повышения точности контроля качества стыковки БИС считывания и матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ) включает установку состыкованного модуля в держатель под небольшим углом к оптической оси объектива микроскопа так, чтобы в поле зрения микроскопа появились сфокусированные действительное изображение края МФЧЭ и мнимое изображение того же края МФЧЭ, зеркально отображенное от плоскости БИС считывания.

Микрополосковая нагрузка // 2746544

Изобретение относится к радиоэлектронике и сверхвысокочастотной (СВЧ) технике и может использоваться в мощных радиопередающих устройствах в качестве эквивалента антенны с дополнительным контрольным выходом для подключения измерительных приборов. Микрополосковая нагрузка содержит полупроводниковую легированную подложку, на одной стороне которой находится металлизированное основание, на другой стороне расположен резистивный полосок.