1、中华人民共和国国家标准碑化镇外延层载流子i农度电容电压测量方法GB 11 0 6 8 8 9 Gallium arsenide epitaxial layer Determination of carrier concentration Voltage capacitance method 1 主题内容与适用范围本标准规定了碑化嫁外延层载流子浓度电容电压法的测量方法。术标准适用于呻化嫁外延层反体材料中载流子浓度的测量。测量范罔：IX IO川5IOcrn 3 0 2 术语2. 1 击穿电压当反向偏压增加到某值时肖特基结就失去阻挡作用，反向电流迅速增大时的电压值。2. 2 接触面积求探针与试样表面
2、的有效接触面积。2. 3 势垒电容半导体内垂直于接触面的空间电荷区的电容。2.4 势垒宽度起势垒作用的空间电荷区的线性宽度。2. 5 载流下浓度纵向分布自半导体表面向体内垂直方向上载流手浓度与深度的对应关系。3 方法原理乖探针与E申化惊表面接触形成肖特基势伞，当反向偏压增大时，势垒区向耐化嫁内部扩展。用高频小讯号测量某一反向偏斥aF的势垒电容C(F）及由反向偏压增量LIV(V）引起的势垒电容增量，CF）。根据式（！）和式2）计算出势垒扩展深度（X）和其相应的载流子浓度li(X归。A h专，. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( l ) 川）二；合2（）
3、. ( 2丁准度P户一刊宽度一司展浓一公扩f一总垒流一业势载一工一一呵呵川一色气一有中F国飞中19900201实施j GB 11 0 6 8 - 8 9 A 采碑化嫁接触面积，m只5真空介电常数，其值为8.859 10 12,F/m; 在网化嫁相对介电常数，其值为13.1且，何一单位电荷，其值为.602 10 ,C0 4仪器4. 1 电容仪或电容电桥t量程为1I000 pF，真精度应妃子满刻度的1%，测量频学为。.I I MHz，测试讯号小于25mV. 4, 2 数字电压表2灵敏度应优于1mV，精度应优于满刻度的0.5%，输入阻抗不小-tI 0 Ml, 4. 3 直流电源：电jfOJOOV，连
4、续可诵，波纹系数不大于0.03%或波纹也ff.小于3mV叮4. 4 晶体管特性阁示仪灵敏度优于l0 A/cm. 4. 5 标准电容A和B,A和B电容量分别为10pF和I00 pF，在测量频率卜其精度均优f0.2:i；.4. 6 1民探针样品台应能屏蔽光和电磁千扰，求探针能主调节。4, 7 测量显微镜，标尺精度优于o.5%。5试样s. 1 呻化嫁单晶片5, 1. 1 样品经机械抛光后在H,so,H,O,H,o 3 I I （体积比）溶液中腐蚀I0 s ，用去离子水冲洗s. 1. 2 在温度150200氮气流里烘干10min. 5. 2 碑化嫁外延片使用清洁光亮的原牛长表面。5. 3 欧姆电极的制
5、备5. 3. 1 低阻衬底试样，在其背面涂水，紧贴在金属样品台上。由于背丽水样品台引起的容抗，远较好垒电容的容抗小，测得的电容可认为是势垒电容。5. 3. 2 高阻衬底试样的欧姆电极应做在低阻外延层t:0电极材料用锢（在氮气流里于00（合主化5 min）戎镣锢合金。5. 4 可测外延层厚度范围5. 4, 1 可测最小厚度受起始测最偏压下势垒宽度的限制，可测最大厚度受肖特基结，f穿电压限制，阿者与载流子浓度的依赖关系如图1所示。. j l。; 号于 LO 11 I GB 11 0 6 8 8 9 毡怆耐埠ikI 10 饼4是宽自主牌化悖势蛊宽度的特性100 m,x 图1碑化惊势垒宽度、击穿电压与
6、载流子浓度的关系曲线s. 4. 2 若外延层厚度文于日J涮最大厚度，外延层载流子浓度需逐层腐蚀测量。s. 5 来探针的制备s. 5. 1 取在径为lmm,1;4 cm的银丝，一端连接外引线，另一端用环氧树脂封入约5rnm长的玻璃毛细管内，银丝露出端面，磨平，用离子水清洗干净，沾t滴菜，即成隶探针。柔表面应清洁。；在宗E其蒸气是有毒物质，应有相应的防护措施。操作应在通风般件下进行，6 测量步骤s. 1 测试坷、境环境温度为23士2g环境相对湿度小子80%。s. 2 电容仪的佼准s. 2. 1 把长度适当的屏蔽电缆接到电容仪上（此时电缆应不与标准电容连接），调节电容仪零点。s. 2. 2 将电缆与
7、标准电容A连接，测量并记录电容值（pF），拆除标准电容A0 s. 2. 3 将电缆与标准电容B连接，测量并记录电容值（pF），拆除标准电容B。s. 2. 4 如果电容仪读数低于4.5条要求，应按说明书调整。6. 3 测量试佯击穿电压s. 3. 1 低阻衬底试样，在其背面涂水紧贴在金属样品台上。若为高阻衬）点试样，应使欧悔电极J金属GB 11 0 6 8 8 9 样品台形成良好接触。然后使隶探针与试样表而接触，借助M微镜调节接触而积。6. 3. 2 用屏蔽电缆将试样欧姆电极和王后探针分别与晶体管特性罔示仪的待而1晶体管插座e.f-n c连接（在PNP晶体管测量状态r），观测试样反向特性，测量Jt
8、记录古穿电压1包的值。s. 3. 3 根据反向特性及击穿电压的观测结果检验肖特墓势垒是否形成。s. 3. 4 将求探针电压降到零，提升求探针。s. 4测量势垒电容6. 4. 1 将样品有与电容仪连接。电容仪的低端与试样欧姆电极连接，其再端J乖探针违接旷6. 4. 2 电容仪置于大量程，缓慢地降F探针，并与试样表团接触，调节接触、由积。施恼。.G V反问偏l乍根据电容仪的读数，选择合适的量程。6. 4. 3 提Jl求探针，使其与试样表面正好断开，调节该量程苓点。6. 4. 4 降下乘探针并与试样表面接触，精确调节接触面积。s. 4. 5 施加反向偏压V10.5V，测量势垒电容值CM，并记入表l0
9、反向偏压值it0为正数各数据取：约有效数字。表1数据记录表反向偏压势垒电容测量值势争电容修正值势垒扩展深！豆战流f浓度v c. c x 毛v pf pF m cm 0 v, c. c, X1 抖,. CM, c, x, , 1 I 3 。.，c, . . . : . . . . . . . . v, 1 CM, I En I x, 气n I c. 巳o 6. 4. 6 调节反向偏压，使势垒电容比c.，降低4%6%。测量此时的反向偏斥川气势垒电容CM，记入表10 6. 4. 7 重复6.4. 6操作步骤，使势垒电容逐次降低4%6%。直到击穿电压lB或反向电流密度大于30 A/mmHP停止测量。6
10、.4.8 测量完毕后，将反向偏压降至零，取下柔探针。7 测量结果的计算7. 1 测最出的势垒电容值（CM）按式（3）进行修正，修正值c，记入表l c. = c, l + 0.川) .( :i ) 飞、二屿式中2CM 第$次势垒电容测量值，pF;c，一c M经修正后的势垒电容值，pF;D一一禾一碑化镰接触面的直径，mm,7.2 势垒扩展深度X(m）及我流子浓度V(X)(cm 3）按式（竹、式（5）计算。计算结果记入表I, ins 卫：aX, = 1. 83102一一LC, + C,+, . (.j) er;，十l;i,)3 X (I, 1 I.) t-i （且，）= I. 08 1 O X (
11、5 ) D(C, C, 1) GB11068 89 式中X, 第2次测量Ht势垒扩展深度，m;,y ( X.）一一对应于势垒扩展深度x，处的载流子浓度，cm3, C, C M经式（3）修正后的势垒电容值，pF;r飞才1fM, 经式（3）修正后的势垒电容值咽pF与V, 第次外加反11偏压值，v,V川岛第z十111:外加反i句偏压值，v 7 3 当各个，y(X，）值在其平均值周围相对涨落小于10%时，日rj载情Lf怯度N）但飞均值。仔IIIJiJlgN刊，）1x，作阁画出载流子浓度分布内线。8 精密度本标准单J实验室及多实验室测量精密度不劣于士10%.9 jltl试报告测试报告应包括下列内容：. 送样单位pb. 样品名称和类型；c. 以图示出样品t测量点的位青：pd. 给出平均载流于浓度或载流子浓度分布曲线；e. 测量日期s(, 测量者。附加说明本标准由中国有色金属工业总公司标准tt量研究所提出。本标准由北京有色金属研究总院负责起草。本标准主要起草人王富戚。本标准等效采用德意志联邦共和国国家标准DIN50439电容电压法和求探针测定非导体机品材料掺杂剂的浓度剖面分布。
