用于准确测量及映射大面积横向P-N结的正向及反向偏压电流对电压特性的设备及方法技术

本发明专利技术揭示用于提供p-n结的测量并考虑到横向电流以改进准确度的方法及设备。可控制所述横向电流，从而允许减小或基本上消除电流散布。替代地或此外，可测量所述横向电流，从而允许通过补偿经测量散布来计算更准确的法向电流。此外，也可联合地实施用于控制所述横向电流的技术及用于测量所述横向电流的技术。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请案的交叉参考本申请案根据35U.S.C.§119(e)主张2013年9月4日申请的第61/873,545号美国临时申请案的权益。所述第61/873,545号美国临时申请案特此以全文引用的方式并入。
本专利技术大体上涉及电流对电压特性的测量，且特定来说，涉及如半导体制造期间紧随作用层形成之后存在于晶片上的大面积横向p-n结的电流对电压特性的测量。
技术介绍
薄抛光板(例如硅晶片及类似物)是现代技术的极为重要部分。例如，晶片可能是指用于制造集成电路及其它装置(例如发光二极管、太阳能电池或离散二极管及晶体管)中的半导体材料的薄圆块。p-n结是指半导体内部的两种类型的半导体材料(p型及n型)之间的边界或接口。半导体技术的发展增加p-n结的各种特性的测量准确度的需求。产量追踪及预测要求缩短了解所制造的装置的真实电特性的时间。此类特性可包含电流对电压特性(I-V曲线)、薄层电阻及导电率测量、反向偏压下的泄漏电流测量及正向偏压下的正向电压及类似物。例如，在10uA及100uA下测量的正向电压以及在-5V下测量的反向电流是GaInN发光二极管(LED)制造商的重要的制造度量。目前，4点探针(4PP)技术(例如第7,714,596号美国专利中揭示的技术)可通过在具有p-n结的晶片的顶部与底部侧之间施加偏压而用于薄层电阻及导电率测量。然而，现有4PP技术不能用于电介质衬底(例如蓝宝石)上的GaInNLED结构中的泄漏电流的测量。现有<br>4PP技术的另一缺点是：其是基于极低反向偏压(<26mV，也称作线性状态，其中V<kT/q)下p-n结导电率的测量，所述反向偏压未高到足以在广泛范围的反向偏压(例如，所施加偏压范围0到-30V)中监控GaInNLED结构中的泄漏电流。用于泄漏测量的其它技术(例如第2013/0046496号美国专利申请案、第2013/0043875号美国专利申请案及第7,679,381号美国专利中揭示的技术)使用弹簧负载探针以提供电流对电压特性(I-V曲线)的测量。这些技术的主要缺点中的一者与缺少考虑大幅取决于p-n结层的薄层电阻的横向电流的任何方法有关。此是重要的，因为横向电流导致尤其在反向偏压下电流密度的降低。在未知电流散布的情况下，电流密度是未知的。这些技术的其它缺点包含归因于接触电阻的严重测量假象以及难以接触生长在电介质衬底(例如蓝宝石)上的p-n结的底层。其中存在对用于在p-n结的反向以及正向偏压条件下准确测量及映射电流对电压特性而无前述提及的缺陷的系统及方法的需要。
技术实现思路
本专利技术涉及一种设备。所述设备包含：第一探针，其经配置用于与p-n结的第一层的表面建立电连接。由所述第一探针建立的电连接覆盖经优化以最小化横向电流的所述p-n结的所述第一层的所述表面的区域。所述设备还包含：第二探针，其经配置用于接触所述p-n结；及测量单元，其电连接到所述第一探针及所述第二探针。所述测量单元经配置用于测量以下各者中的至少一者：当激励所述第一及所述第二探针时介于所述第一与所述第二探针之间的电压及介于所述第一与所述第二探针之间的电流。本专利技术的又一实施例涉及一种设备。所述设备包含：第一探针，其经配置用于与p-n结的第一层的表面建立电连接；及第二探针，其经配置用于接触所述p-n结。所述设备还包含：多个电压测量探针，其经配置用于测量表面电压降；及防护回路，其经配置用于防止来自所述第一探针的横向电流，其中可基于所述经测量表面电压降调整以下各者中的至少一者：施加于所述防护回路的电压及电流。所述设备进一步包含测量单元，其电连接到所述第一探针及所述第二探针，所述测量单元经配置用于测量以下各者中的至少一者：当激励所述第一及所述第二探针时介于所述第一与所述第二探针之间的电压及介于所述第一与所述第二探针之间的电流。本专利技术的额外实施例涉及一种设备。所述设备包含：第一探针，其经配置用于与p-n结的第一层的表面建立电连接；及第二探针，其经配置用于接触所述p-n结。所述设备还包含多个电压测量探针，其经配置用于在激励所述第一及所述第二探针时测量与所述第一探针相距不同距离处的表面电压。所述设备进一步包含：至少一个额外探针，其经配置用于促进所述p-n结的所述第一层的薄层电阻的测量；及测量单元，其经配置用于基于与所述第一探针相距不同距离处的所述经测量表面电压及所述经测量薄层电阻计算所述第一探针附近的横向电流。本专利技术的额外实施例涉及一种方法。所述方法包含：激励连接到p-n结的第一探针与第二探针之间的电流；当激励所述第一及所述第二探针时测量与所述第一探针相距不同距离处的表面电压；测量所述p-n结的第一层的薄层电阻；及基于与所述第一探针相距不同距离处的所述经测量表面电压及所述经测量薄层电阻计算所述第一探针附近的横向电流。本专利技术的额外实施例涉及一种方法。此方法包含：激励连接到p-n结的第一探针与第二探针之间的电流J；使用定位为与所述第一探针相距第一距离的第一电压测量探针测量表面电压V1，所述第一电压测量探针具有半径Rprobe1；使用定位为与所述第一探针相距第二距离的第二电压测量探针测量表面电压V2，所述第二电压测量探针具有半径Rprobe2；及基于所述电流J、所述表面电压V1、所述表面电压V2、所述半径Rprobe1及所述半径Rprobe2计算所述p-n结的薄层电阻。应理解，前述一般描述及以下详细描述两者都仅为示范性及解释性的，且不一定限制本专利技术。并入本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本专利技术的标的物。所述描述及图式一起用以解释本专利技术的原理。附图说明所属领域的技术人员通过参考附图可更好地理解本专利技术的众多优点，其中：图1是描绘p-n结中的横向电流散布的示意图；图2是描绘根据本专利技术的实施例的用于控制横向电流的技术的示意图；图3是描绘泄漏电流的分布密度与探针半径之间的关系的示意图；图4是描绘测量设备的框图；图5是描绘大面积探针的俯视图的示意图；图6是描绘施加于图5中所示的大面积探针的电压/电流的示意图；图7是描绘环绕大面积探针的防护回路的示意图；图8是描绘施加于如图7中所示的大面积探针及防护回路的电压/电流的示意图；图9是描绘实施防护回路的情况下泄漏电流的分布密度与探针半径之间的关系的示意图；图10是描绘用于获得p-n结的I-V曲线的方法的流程图；图11是描绘表面电压差的测量的示意图；图12是位于主要探针与防护回路之间的电压测量探针的俯视图；图13是位于主要探针与防护回路之间的不同类型的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，其包括：第一探针，其经配置用于与p‑n结的第一层的表面建立电连接，所述经建立电连接覆盖经优化以最小化横向电流的所述p‑n结的所述第一层的所述表面的区域；第二探针，其经配置用于接触所述p‑n结；及测量单元，其电连接到所述第一探针及所述第二探针，所述测量单元经配置用于测量以下各者中的至少一者：当激励所述第一及所述第二探针时介于所述第一与所述第二探针之间的电压及介于所述第一与所述第二探针之间的电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.04 US 61/873,545;2014.09.02 US 14/475,3301.一种设备，其包括：
第一探针，其经配置用于与p-n结的第一层的表面建立电连接，所述经建立电连接覆盖
经优化以最小化横向电流的所述p-n结的所述第一层的所述表面的区域；
第二探针，其经配置用于接触所述p-n结；及
测量单元，其电连接到所述第一探针及所述第二探针，所述测量单元经配置用于测量
以下各者中的至少一者：当激励所述第一及所述第二探针时介于所述第一与所述第二探针
之间的电压及介于所述第一与所述第二探针之间的电流。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一探针是圆盘状探针，其具有足够大的直径
以降低所述圆盘状探针外部的所述横向电流。
3.根据权利要求1所述的设备，其中由所述第一探针覆盖的所述区域在准确度及空间
映射分辨率上经优化使得在所述第一探针下所述横向电流对法向电流的比率在密度泄漏
电流测量的所需准确度内。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一探针由导电及弹性聚合物制成。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一探针被安装到机械致动器以提供对所述
p-n结的所述第一层的所述表面的角度偏移的完全顺应。
6.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：
至少一个电压测量探针，其经配置用于测量由所述第一探针覆盖的所述表面的所述区
域内的一位置处的表面电压。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述至少一个电压测量探针是圆盘状探针，其在由
所述第一探针界定的开口内部提供与所述p-n结的所述第一层的所述表面的接触。
8.根据权利要求6所述的设备，其中所述至少一个电压测量探针是非接触式探针，其被
放置在由所述第一探针界定的开口内部所述p-n结的所述第一层的所述表面附近。
9.根据权利要求6所述的设备，其中所述第一探针是环状探针，其具有足够大的直径以
降低所述环状探针外部的所述横向电流，且其中所述至少一个电压测量探针经配置用于在
所述环状探针的中心处界定的开口处测量所述表面电压。
10.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：
防护回路，其经配置用于防止来自所述第一探针的横向电流。
11.根据权利要求10所述的设备，其中可基于所述第一探针与所述防护回路之间的经
测量表面电压差调整以下各者中的至少一者：施加于所述防护回路的电压及电流。
12.根据权利要求11所述的设备，其进一步包括：
建立在所述第一探针与所述防护回路之间的多个电接触件，所述多个电接触件经配置
用于测量所述第一探针与所述防护回路之间的表面电压降。
13.根据权利要求11所述的设备，其中使用至少一个非接触式探针测量所述表面电压
差。
14.一种设备，其包括：
第一探针，其经配置用于与p-n结的第一层的表面建立电连接；
第二探针，其经配置用于接触所述p-n结；
多个电压测量探针，其经配置用于测量表面电压降；
防护回路，其经配置用于防止来自所述第一探针的横向电流，可基于所述经测量表面
电压降调整以下各者中的至少一者：施加于所述防护回路的电压及电流；及
测量单元，其电连接到所述第一探针及所述第二探针，所述测量单元经配置用于测量
以下各者中的至少一者：当激励所述第一及所述第二探针时介于所述第一与所述第二探针
之间的电压及介于所述第一与所述第二探针之间的电流。
15.根据权利要求14所述的设备，其中由所述第一探针建立的所述电连接覆盖经优化
以最小化横向电流的所述p-n结的所述第一层的所述表面的区域。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述第一探针是圆盘状探针，其具有足够大的直
径以降低所述圆盘状探针外部的所述横向电流。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述圆盘状探针由导电及弹性聚合物制成。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述圆盘状探针被安装到机械致动器及组合件
以提供对所述p-n结的所述第一层的所述表面的角度偏移的完全顺应。
19.根据权利要求14所述的设备，其中所述多个电压测量探针中的一者经配置用于测
量由所述第一探针覆盖的所述表面的所述区...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·S·G·凯利摩根，V·N·法伊费尔，J·A·里尔，B·沙鲁克，R·尼费尼格，
申请(专利权)人：科磊股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US