半绝缘半导体迁移率磁阻效应测量方法及仪器技术

本发明专利技术公开了一种半绝缘半导体迁移率磁阻效应测量方法，对装载被测样片的样品台及其上方悬挂的采样电极棒施加脉冲电压以形成两个电容，测量获得无磁场和施加磁场的两个电容的不同充电时间常数反映的磁阻变化参数，根据迁移率与磁阻效应关系式计算得出迁移率，将样品作为电容器的介质，当电容器上施加脉冲电压后，电容放电时间判断电介质的电阻率大小，同时利用在样品上施加磁场后，产生磁阻效应，增加了放电时间，据磁场施加前后的时间差可以计算出迁移率，特别是适用于测量高迁移率半绝缘半导体材料，实现了无接触式、无需对样品切割便能够实施测量工作，只要把测得的二个时间常数和磁场强度代入，即得到迁移率，测量工况友好易操作。好易操作。好易操作。

【技术实现步骤摘要】
半绝缘半导体迁移率磁阻效应测量方法及仪器


[0001]本专利技术属于半绝缘半导体材料参数测量领域，具体是涉及一种在TDCM法的基础上应用磁阻效应以无接触方式测量半导体迁移率的方法及其测量仪器。

技术介绍

[0002]半绝缘半导体包含了第二代半导体材料(砷化镓GaAs、磷化铟InP等)和第三代半导体材料(碳化硅SiC、氮化镓GaN等)，具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和浓度、抗辐射能力强和介电常数小等特点，适合于制备高温、高频、大功率的电子器件及性能优异的微波、光电器件，具有广泛的应用前景。
[0003]考察半导体材料的性能，电阻率和迁移率是非常重要的依据，是研发及至生产过程中必须测量的重要的基本电学参数。整块(片)半导体晶体材料的电阻率和迁移率分布情况可完整、真实地反映材料的质量。电阻率决定了器件的反向耐压和正向压降，而器件的工作频率是由迁移率决定的。
[0004]半导体晶体的载流子(电子、空穴)在电场的作用下，在热运动(显然，分散在各方向的热运动不会引起电流)之外获得附加的定向运动，常称漂移运动。单位场强所对应的漂移速度，称为迁移率μ，单位cm2/v
·
s(厘米2/伏
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秒)。迁移率μ是反映介质中载流子导电能力的重要参数，同样的掺杂浓度，载流子的迁移率越大，材料的导电率越高。迁移率对材料的工作性能有直接的影响，不仅关系导电能力的强弱，也决定载流子运动的快慢，高迁移率的晶片才能制造高工作频率的器件。
[0005]测量半导体电阻率和迁移率的方法常见的是霍尔效应法和渡越时间法。
[0006]中国专利文献CN105158568A公开了一种基于电容充放电原理的半导体电阻率测绘方法，采用电荷随时间变化测量(TDCM，Time
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Dependent Charge Measurement)方法，脉冲电压发生电路不断地向样品台和探针之间施加低压脉冲，采样电极通过电荷放大器探测样品上的电荷变化，电荷放大器对上述电荷变化信号进行放大，然后发送到数据采集卡，数据采集卡接收采样电路输送的采样信号并进行模数转换，最后发送给工控机，工控机记录下每次的测试结果，最后由测试软件进行所有数据的计算处理，输出分析结果并生成分布图。这种利用电容充放电原理的半导体电阻率测量方法只能测量电阻率，依然无法测量迁移率。
[0007]霍尔效应测量方法，主要适用于无机半导体载流子迁移率的测量。在霍尔效应测量方法中，需将晶体切割成小方片，再焊上电极、引线装在样品架上，测量时在垂直薄片方向需加较强的外磁场，还要在电场和磁场转换方向的情况下测量。这种制样方式破坏了产品。同时由于需要将晶体切割成特定形状的样片，并需制备欧姆接触，测量周期长。对于GaAs这些半导体物质利用霍尔法测试其电阻率虽然不便，但仍是可行的，因为在这些物质上制作欧姆接触不存在问题。然而对于SiC这类第三代半导体材料来讲，半导体电阻率均大于105Ω
·
cm，常见杂质在SiC中的扩散系数极低，在合金化的过程中几乎不可能像Si、GaAs等半导体那样靠合金中的掺杂剂掺入来提高界面的掺杂浓度，这就给欧姆接触的形成带来
了很大的困难，使得利用霍尔法测试SiC单晶电阻率变得十分困难。霍尔效应法要求待测半导体材料具有较高的迁移率，如果待测样品迁移率较低，则霍尔效应无法准确测出半导体的这一性质。
[0008]测量载流子迁移率的常见方法还有渡越时间(TOF)法，如中国专利文献CN207571260U公开了一种测量载流子迁移率的渡越时间法，激光器发出的光源一部分透过玻璃板照射在样品室里的样品上，在样品内部产生光生载流子，由稳压电源作用下产生电流，激光器的另一部分光被玻璃板反射到光电二极管上作为外触发光源，在试样内部产生的电流信号由示波器显示。渡越时间法测试中半导体需要具有良好的吸光能力，如果待测样品带隙较宽，仪器配备的激发光将无法有效测试。渡越时间法只能测量有机材料的低迁移率，而半绝缘半导体的迁移率属于高迁移率，采用普通的低迁移率测量方法，显然无法实现半绝缘半导体全晶片的高迁移率测量。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的技术问题是提供一种非破坏性的、无接触式、无需切割样片的半绝缘半导体迁移率磁阻效应测量方法及仪器。
[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种半绝缘半导体迁移率磁阻效应测量方法，对装载被测样片的样品台及其上方悬挂的采样电极棒施加脉冲电压，样品及电极棒之间形成两个电容，测量无磁场和施加磁场时，电极棒端面和对应样片表面形成的电容的充电时间常数τ(0)和τ(B)，这两个时间的差异是与迁移率相关的磁阻引起的，根据迁移率与磁阻效应关系式可计算得出迁移率。
[0011]进一步地，所述电极棒端面与被测样品上表面构成电容两极，是以空气作为介质形成空气电容(Ca)；所述被测样品在电极棒端面下方的对应上下表面之间构成电容两极，且以样品自身为介质形成样品电容(Cs)。
[0012]进一步地，所述磁场由永久磁铁单体或组合体产生。
[0013]进一步地，所述采样电极棒的端面与被测样片的表面之间的距离为30
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60μm。
[0014]还有，本专利技术采用的技术方案为：一种半绝缘半导体迁移率磁阻效应测量仪器，包括样品台，所述样品台的上方设置探头，探头作垂直方向的直线式升降运动，探头装配有采样电极棒；所述样品台左侧设置可移动磁铁，磁铁接近采样电极棒之时，给被测样片施加磁场，处于加磁测量环境；当磁铁远离探头时，样片处于零磁场测量环境。所述采样电极棒的端面和被测样片形成电容的两极。
[0015]进一步地，所述采样电极棒与被测样片之间构成两个电容，采样电极棒悬在样片上方，以空气作为介质形成空气电容(Ca)；所述被测样片的对称表面之间构成电容两极，且以样品自身为介质形成样品电容(Cs)。
[0016]进一步地，所述磁铁为永久磁铁单体或组合体。
[0017]进一步地，所述磁铁设有能容纳采样电极棒的槽口。
[0018]进一步地，所述采样电极棒插置于圆形的筒体中并自筒体穿出微露于外，筒体起屏蔽电磁场的作用。
[0019]实施本专利技术技术方案，通过在样品上方的探头无接触测量高阻单晶的迁移率，将样品作为电容器的介质，当电容器上施加脉冲电压后，电容放电时间判断电介质的电阻率
大小，同时利用在样品上施加磁场后，产生磁阻效应，增加了放电时间，据磁场施加前后的时间差可以计算出迁移率，特别是适用于测量高迁移率半绝缘半导体材料，实现了无接触式、无需对样品切割便能够实施测量工作，只要把测得的二个时间常数和磁场强度代入，即得到迁移率，测量工况友好易操作。
附图说明
[0020]图1为半绝缘半导体迁移率磁阻效应测量仪器的结构图。
[0021]图2为探头的结构示意图。
[0022]图3为钕磁铁的结构示意图。
[0023]图4为半绝缘半导体迁移率磁阻效应测量仪器工作状态的结构图。
[0024本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半绝缘半导体迁移率磁阻效应测量方法，其特征在于：对装载被测样片的样品台及其上方悬挂的采样电极棒施加脉冲电压以形成两个电容，测量获得无磁场和施加磁场的两个电容的不同充电时间常数(τ(0)和τ(B))反映的磁阻变化参数，根据迁移率与磁阻效应关系式计算得出迁移率。2.根据权利要求1所述的半绝缘半导体迁移率磁阻效应测量方法，其特征在于：所述电极棒端面与被测样品表面构成电容两极，且以空气作为介质形成空气电容(Ca)；所述被测样品的对称端面之间构成电容两极，且以样品自身为介质形成样品电容(Cs)。3.根据权利要求1所述的半绝缘半导体迁移率磁阻效应测量方法，其特征在于：所述磁场由永久磁铁单体或组合体产生。4.根据权利要求1所述的半绝缘半导体迁移率磁阻效应测量方法，其特征在于：所述采样电极棒的端面与被测样片的表面之间的距离为30
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60μm。5.一种半绝缘半导体迁移率磁阻效应测量仪器，包括样品台，其特征在于：所述样品台的上方设置探头，探...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昕，叶灿明，王世进，
申请(专利权)人：广州昆德半导体测试技术有限公司，
类型：发明
国别省市：