一种p型SiC衬底判定方法技术

本发明专利技术涉及一种p型SiC衬底判定方法，使用变温霍尔效应测试系统，使用镍钛金合金作为电极材料，对待测的p型6H‑SiC衬底样品进行测量，变温测量为室温到850K温度范围，温度间隔为50K。对p型6H‑SiC衬底的载流子浓度进行检测和分析，可对出厂产品进行抽样检验，也可应用于大尺寸衬底样品导电类型均匀性的判定。

【技术实现步骤摘要】
一种p型SiC衬底判定方法
本专利技术涉及一种半导体单晶性能测试技术，特别涉及p型SiC衬底判定方法。
技术介绍
碳化硅(SiC）是继第一代硅、锗、第二代砷化镓、磷化铟等之后的第三代半导体材料，属于宽禁带半导体。与第一第二代半导体材料相比，SiC具有较好的物理电子学特性及化学稳定性。其热导率高、击穿场强大、饱和电子漂移速率大，因此在高温、高频、大功率及耐腐蚀耐辐射器件制备及应用上具有广阔前景，广泛用于国防、航空航天、通信等领域。制备微电子器件，需要晶体具有较高的p型或n型掺杂浓度，可以在晶体生长过程中掺杂，也可以通过后期处理如离子注入等方法实现掺杂。要实现电子学性能表现，掺杂的离子需要激活状态，不同的材料其掺杂离子的激活行为有不同的温度依赖性。硅的掺杂在室温就可以实现离子活化，而SiC的掺杂离子活化能较高，n型SiC掺杂常用氮作为掺杂元素，其活化能稍低，室温测量即可判断。p型掺杂常用硼、铝作为掺杂物质，铝离子活化能高达200meV以上，室温测量无法给出准确的载流子类型及浓度信息，因此需要较高温度的条件下才可以给出活化铝离子信息，即相应的p型载流子浓度信息。在实际的p型掺杂SiC晶体制备过程中，受晶体生长过程的不可控性，通常存在晶锭沿生长方向随着生长的进行而出现掺杂浓度逐渐降低的现象，同时也存在径向的掺杂含量不均现象。而且，受外界环境影响，还会出现非故意掺杂氮元素存在。因此，每个SiC晶锭制备的同批次衬底中，衬底的掺杂可能出现导电类型的转变。因此，从实际应用角度出发，有必要对工业生产的衬底片进行导电类型分类判定。由于SIC衬底中铝离子活化能远高于氮离子活化能，所以在室温下衬底片可能显示为n型，但是器件在较高温度条件下运行时，衬底的n型可能已经变成为p型，这对器件的电子学特性表现是致命的问题。铝高掺杂的SiC衬底呈现深蓝色，p型特征明显，特别是低掺杂时，晶片颜色区分不是很明显，更需要准确判定。本专利技术只针对铝低掺杂SiC衬底晶体分析，同时给出了SiC样品自由载流子浓度的最优温度区间。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的问题，本专利技术提供一种p型SiC衬底的判定方法。具体技术方案是，一种p型SiC衬底的判定方法，包括以下步骤：步骤（1）、待测样品为（0001）方向的SiC晶片，溅射法镀上Ni/Ti/Au作为电极，氩气气氛退火，获得良好的欧姆接触。采用范德堡法，霍尔效应测试系统测试样品电学特征，测试温度范围为室温到850K。步骤（2）、根据测试结果，得到p型6H-SiC衬底的载流子浓度随温度的变化关系曲线；步骤（3）、根据判定标志与测试得到的6H-SiC衬底的载流子浓度随温度的变化关系曲线进行比较，判定所测样品是否为p型衬底。一种p型SiC衬底的判定方法，其特征在于：采用Origin或者Matlab数据处理软件对载流子浓度曲线进行处理。一种p型SiC衬底的判定方法，其特征在于：变温测量为293K到850温度范围，温度间隔为50K。一种p型SiC衬底的判定方法，其特征在于：使用变温霍尔效应测试系统，对待测的SiC样品进行电学检测。一种p型SiC衬底的判定方法，其特征在于：步骤（1）中，SiC晶片的切割尺寸为10mm×10mm。一种p型SiC衬底的判定方法，其特征在于：步骤（1）中，1000K-1300K温度下氩气气氛退火3-6分钟。一种p型SiC衬底的判定方法，其特征在于：步骤（1）中，同一大尺寸样品可以切割出多个样品，标识不同位置的导电特征。一种p型SiC衬底的判定方法，其特征在于：铝掺杂SiC样品在433K附近达到最大值。一种p型SiC衬底的判定方法，其特征在于：铝掺杂SiC样品的范围在433K到473K。一种p型SiC衬底的判定方法，其特征在于：铝掺杂SiC样品优选为433K。本申请的一种p型SiC衬底的判定方法，其特征在于：铝掺杂SiC样品，从室温到473K范围内，自由载流子浓度先增大然后降低，在433K附近达到最大值，温度超过473K以后自由载流子浓度随温度升高呈指数增长。然而对于非掺杂样品，随温度升高自由载流子浓度仅有稍微的线性增长。随着温度升高，更多的铝原子被离子化，所以晶体中自由载流子浓度增加。在433K到473K范围内的微弱降低主要是在这个温度区间，自由电子与空穴由于相对运动加剧，导致两种载流子极易结合形成受束缚的电子－空穴对，同时有较多的电子空穴相互俘获结合而湮灭。但是随着温度继续升高，载流子挣脱束缚的能力增强，更多的载流子不受束缚而互相远离，从而使得载流子浓度迅速增加。本专利技术的有益效果是，率先提出了一种基于变温霍尔效应测试法，对工业生产的掺杂（铝为主杂质元素）6H-SiC衬底的导电类型进行检测判定和分级，可对出产产品进行抽样检测，也可应用于大尺寸衬底样品导电类型均匀性的判定，同时给出了SiC样品自由载流子浓度的最优温度区间。附图说明图1是本专利技术的铝掺杂的6H-SiC衬底的载流子浓度随温度变化曲线。具体实施方式下面实施例仅用于进一步说明本专利技术，而非理解为限制本专利技术。实施例如图1所示，图1给出的是铝掺杂SiC衬底晶片的载流子浓度变化曲线。在0.5mm厚的铝掺杂SiC衬底晶片上切割10mm×10mm的样品，溅射法镀上Ni/Ti/Au作为电极，1000-1300K温度下氩气气氛退火3-6分钟，获得良好的欧姆接触。采用范德堡法，霍尔效应测试系统（LakeShore）测试样品载流子浓度，测试温度范围为室温到850K。p型判定采用以下方法：（1）、使用变温霍尔效应测试系统，对待测的SiC样品进行电学性能测量，根据测试结果，得到p型6H-SiC衬底的载流子浓度随温度的变化关系曲线；（2）、p型6H-SiC衬底晶片的载流子浓度随着温度的升高而增大，在433K附件达到最大值，随后降低，过473K后载流子浓度随温度指数增大。（3）、根据判定标志与测试得到的6H-SiC衬底的载流子浓度随温度的变化关系曲线进行比较，判定所测样品是否为p型衬底。铝掺杂SiC样品，从室温到473K范围内，自由载流子浓度先增大然后降低，在433K附近达到最大值，温度超过473K以后自由载流子浓度随温度升高呈指数增长。然而对于非掺杂样品，随温度升高自由载流子浓度仅有稍微的线性增长。分析其特征，随着温度升高，更多的铝原子被离子化，所以晶体中自由载流子浓度增加。在433K到473K范围内的微弱降低主要是在这个温度区间，自由电子与空穴由于相对运动加剧，导致两种载流子极易结合形成受束缚的电子－空穴对，同时有较多的电子空穴相互俘获结合而湮灭。但是随着温度继续升高，载流子挣脱束缚的能力增强，更多的载流子不受束缚而互相远离，从而使得载流子浓度迅速增加。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种p型SiC衬底判定方法，使用变温霍尔效应测试系统，对待测的SiC样品进行电学测量，其技术特征在于：判定方法包括以下步骤：步骤（1）、待测样品为（0001）方向的SiC晶片，溅射法镀上Ni/Ti/Au作为电极，氩气气氛退火，获得良好的欧姆接触，采用范德堡法，霍尔效应测试系统测试样品电学特征，测试温度范围为室温到850K；步骤（2）、根据测试结果，得到p型6H‑SiC衬底的载流子浓度随温度的变化关系曲线；步骤（3）、根据判定标志与测试得到的6H‑SiC衬底的载流子浓度随温度的变化关系曲线进行比较，判定所测样品是否为p型衬底。

【技术特征摘要】
1.一种p型SiC衬底判定方法，使用变温霍尔效应测试系统，对待测的SiC样品进行电学测量，其技术特征在于：判定方法包括以下步骤：步骤（1）、待测样品为（0001）方向的SiC晶片，溅射法镀上Ni/Ti/Au作为电极，氩气气氛退火，获得良好的欧姆接触，采用范德堡法，霍尔效应测试系统测试样品电学特征，测试温度范围为室温到850K；步骤（2）、根据测试结果，得到p型6H-SiC衬底的载流子浓度随温度的变化关系曲线；步骤（3）、根据判定标志与测试得到的6H-SiC衬底的载流子浓度随温度的变化关系曲线进行比较，判定所测样品是否为p型衬底。2.根据权利要求1所述测量方法，其特征在于：采用Origin或者Matlab数据处理软件对载流子浓度曲线进行处理。3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：变...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨培培，李祥彪，闵意，陈翠萍，谭志中，魏明杰，李瑞雪，尤佩扬，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32