Описание экспериментальной установки. Для измерения поверхностного сопротивления четырехзондовым методом служит

Для измерения поверхностного сопротивления четырехзондовым методом служит установка, состоящая из следующих частей:

- манипулятора, содержащего столик для размещения пластины и зондовую головку с четырьмя зондами из карбида вольфрама (расстояние между зондами 1 мм);

- источника тока (ИТ), обеспечивающего протекание рабочего тока между зондами 1 и 4;

- вольтметра, измеряющего падение напряжения между зондами 2 и 3;

Порядок выполнения работы

1. Ознакомьтесь с установкой для измерения поверхностного сопротивления четырехзондовым методом

2. Поместите на столик манипулятора исследуемую полупроводниковую пластину.

3. Рукояткой манипулятора опустите четырехзондовую головку на поверхность измеряемой полупроводниковой пластины.

4. Ручкой «ток» установите по приору заданную величину тока I = 0,45 мА. При этом значении тока удобно считать величину поверхностного сопротивления.

5. Измерьте величину напряжения при различных полярностях тока.

6. Определив толщину пластины, найдите удельное сопротивление слоя.

7. Зная удельное сопротивление и Nисх по рис.7 определите поверхностную концентрацию легирующей примеси.

Содержание отчета

1. Цель работы;

2. Принципиальная электрическая схема четырехзондового метода;

3. Результаты измерения U23 и вычисления величин Rs при различных полярностях, по формуле:

4. Результаты измерения толщины пластины и рассчитанная удельное сопротивление:

5. Результаты определения поверхностной концентрации (используя кривые на рисунке 11);

5.5. Контрольные вопросы и задания

1. Преимущества четырехзондового метода?

2. В каких случаях применяется расположение зондов по вершинам квадрата?

3. Что такое R_s, почему R_s не зависит от площади квадрата?

4. Что учитывают поправочные множители в формулах для четырехзондового метода?

5. Области применимости поправочных множителей F и G?

Лабораторная работа №6

"Определение плотности подвижного заряда методом термостабильности".

Цель работы: измерение величины плотности подвижного заряда, в подзатворном диэлектрике тестовых МДП-транзисторов методом термостабильности.

Общие сведения

Одним из видов заряда в SiO₂ является подвижный заряд. Подвижный заряд - это ионы в диэлектрическом слое, которые могут приходить в подвижное состояние под действием температуры и напряжения. Чаще всего это ионы щелочных металлов.

Щелочные металлы могут входить в систему на различных технологических операциях. При окислении кремния в пленку SiO₂, из-за недостаточной чистоты операции окисления, могут попасть различные примеси, в том числе и щелочные металлы, они концентрируются вблизи границы с кремнием и образуют встроенный (неподвижный) заряд. Так же возможно проникновение примесей в систему и после операции окисления (во время травления, отмывки и т. д.). Рассмотрим образование подвижного заряда на примере Na. Натрий попадает в SiO₂ в виде нейтральных молекул, обычно это молекулы NaCl и Na₂O.

SiO₂ в МДП-структурах в основном выполняет роль активного элемента (подзатворного диэлектрика). Сверху диэлектрика напыляют металлический затвор, обычно металлом затвора является алюминий. Диэлектрическая проницаемость Al стремится к бесконечности, поэтому вокруг атомов в молекулах Na-Cl, находящихся на границы Al-SiO₂, образуются поляризационные полусферы. Поляризационные полусферы ослабляют связи между ионами в молекуле, для молекулы NaCl энергия активации может уменьшиться с 2,7эВ до 0,7эВ. Такое уменьшение энергии активации способствует тому, что при повышении температуры до 100 - 200°С происходит разрыв связи между Na и Cl с образованием положительного иона Na⁺. Если к затвору приложено положительное напряжение относительно подложки, ионы Nа⁺ проникают в решетку SiO₂ и движутся к границе SiO₂-Si и там остаются, так как проникнуть в кремний они не могут из-за наличия потенциального барьера на границе Si-SiO₂. Если после этого охладить структуру без снятия напряжения, подвижность Na⁺ в решетке SiO₂ резко уменьшается, и ионы фиксируются на границе Si-SiO₂.

Как только подвижность ионов натрия в решетке SiO₂ увеличивается, например, в результате последующего прогрева, подвижный заряд стремится вернуться на границу Al-SiO₂, т. к. нахождение на этой границе для иона Na энергетически более выгодно, чем на границе SiO₂-Si. Поскольку диэлектрическая проницаемость Al больше, чем у кремния, на границе Al-SiO₂ образуется более глубокая потенциальная яма, чем на границе Si-SiO₂, и натрий стремится попасть туда (e_Al=¥; e_Si= 12).

Подвижный заряд в подзатворном диэлектрике МДП-транзистора, оказывает большое влияние на его параметры. Основным электрическим параметром на который оказывает влияние плотность подвижного заряда и его расположение в подзатворном диэлектрике является пороговое напряжение. Максимальное влияние на пороговое напряжение подвижный заряд оказывает, когда он расположен на границе раздела Si-SiO₂. Таким образом критерием величины плотности подвижного заряда может являться изменение порогового напряжения до и после воздействия температуры и напряжения.

Так как пороговое напряжение является одним из основных электрических параметров МДП-структур, а подвижный заряд может оказывать на него значительное влияние, то измерение его величины является одной из важнейших задач полупроводниковой электроники.