專利名稱：一種半導(dǎo)體薄膜材料電容特性的測(cè)量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料技術(shù)，特別是一種半導(dǎo)體薄膜材料電容特性的測(cè)量方法及
直O(jiān)
背景技術(shù)：
文獻(xiàn)SOLIDSTATE MEASUREMENTS INC (US). Apparatus for characterization of electrical properties of a semiconductor body. US5036271,1991-07-30,報(bào)道了一種半導(dǎo)體片電特性的測(cè)量裝置，該裝置采用汞探針與樣品表面接觸，形成肖特基結(jié)電容， 下電極為金屬臺(tái)座，它與半導(dǎo)體襯底是歐姆接觸。文獻(xiàn)John D.Wiley and G.L.Miller. Series Resistance Effects in Semiconductor CV Profiling. IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-22, No. 5, (1975)P^5，介紹了非導(dǎo)電襯底半導(dǎo)體薄膜(例如生長(zhǎng)在摻鉻襯底上的GaAs薄膜)的測(cè)量方法，采用在薄膜表面各做一個(gè)肖特基接觸點(diǎn)和歐姆接觸點(diǎn)，這時(shí)測(cè)量結(jié)電容，串聯(lián)電阻會(huì)很大，直接影響電容真實(shí)值。文獻(xiàn)M. Binet. !^ast And Nondestructive Method Of C(V)Profiling Of Thin Semiconductor Layers On An Insulating Substrate. Electron. Lett. Vol. 11.P580. (1975)，報(bào)道了高阻襯底上生長(zhǎng)的半導(dǎo)體薄膜(例如GaAs場(chǎng)效應(yīng)管使用的GaAs薄膜)，測(cè)量裝置采用兩只等面積水銀探針， 他們靠得很近，僅相距50 μ m，因此串聯(lián)電阻很小，對(duì)結(jié)電容的影響可以忽略。綜合上述文獻(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)測(cè)量半導(dǎo)體結(jié)電容，可分為下述兩種方式1、測(cè)量裝置采用單只汞探針。汞與導(dǎo)電襯底薄膜樣品的表面接觸，形成肖特基結(jié)電容，而樣品襯底為歐姆接觸。這種測(cè)量模式，串聯(lián)電阻一般很小，對(duì)結(jié)電容的影響可以忽略。如果測(cè)量非導(dǎo)電襯底半導(dǎo)體薄膜樣品，肖特基接觸點(diǎn)和歐姆接觸點(diǎn)做在樣品表面同側(cè)， 串聯(lián)電阻一般都很大，測(cè)量結(jié)電容時(shí)，必須考慮串聯(lián)電阻的影響。2、采用雙汞探針裝置測(cè)量絕緣襯底薄膜樣品。在樣品表面同時(shí)形成兩個(gè)肖特基接觸點(diǎn)，如果他們靠得很近(例如相距50μπι)，串聯(lián)電阻可以很小，對(duì)結(jié)電容的影響可以忽略。否則，串聯(lián)電阻很大，則要計(jì)入它對(duì)結(jié)電容的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述技術(shù)分析，提供一種半導(dǎo)體薄膜材料電容特性的測(cè)量方法及裝置，該裝置將半導(dǎo)體樣品做成一個(gè)特定電容器，引進(jìn)一個(gè)可測(cè)量的參數(shù)n (電容差值率)，既描寫了特定電容器，又表征了被測(cè)材料的電容特性，特定電容器將成為今后深入研究半導(dǎo)體薄膜材料雜質(zhì)濃度和界面態(tài)密度最重要的基礎(chǔ)部件。本發(fā)明的技術(shù)方案一種特定電容器容量和品質(zhì)的測(cè)量方法，把半導(dǎo)體薄膜材料做成一個(gè)特定電容器，并設(shè)定一個(gè)可測(cè)量參數(shù)n為電容差值率，所述電容差值率定義為電容真實(shí)值Cs和電容測(cè)試值Cp的差值與其平均值之比，通過測(cè)量特定電容器的電容測(cè)試值Cp、電導(dǎo)值Gp和測(cè)試頻率ω，計(jì)算電容差值率II、電容真實(shí)值Cs、串聯(lián)電阻Rs、高頻損耗tg δ或?qū)?yīng)損耗角δ，計(jì)算公式為
權(quán)利要求
1.一種特定電容器容量和品質(zhì)的測(cè)量方法，其特征在于把半導(dǎo)體薄膜材料做成一個(gè)特定電容器，并設(shè)定一個(gè)可測(cè)量參數(shù)η為電容差值率，所述電容差值率定義為電容真實(shí)值 Cs和電容測(cè)試值Cp的差值與其平均值之比，通過測(cè)量特定電容器的電容測(cè)試值Cp、電導(dǎo)值 Gp和測(cè)試頻率ω，計(jì)算電容差值率II、電容真實(shí)值Cs、串聯(lián)電阻Rs、高頻損耗tg δ或?qū)?yīng)損耗角δ，計(jì)算公式為n= ^Gl2 + η2η 1η~ G2p^lo2C2p\ S_ 2 + η Gp、tgS = CoRsCs = l·^- δ = arctg l^-
2.一種如權(quán)利要求1所述半導(dǎo)體薄膜材料電容特性的測(cè)量裝置，其特征在于包括絕緣底板、金屬平臺(tái)、探針支架、觀測(cè)顯微鏡、水銀球、水銀探針和升降轉(zhuǎn)輪，金屬平臺(tái)、探針支架和觀測(cè)顯微鏡分別通過槽鋼和螺釘與絕緣底板固定，圓片形半導(dǎo)體樣品通過耦合液體粘接固定在金屬平臺(tái)上，水銀球置于半導(dǎo)體樣品的表面，探針支架為倒L型結(jié)構(gòu)，水銀探針通過升降轉(zhuǎn)輪與探針支架的橫梁固定，水銀探針與升降轉(zhuǎn)輪構(gòu)成螺紋傳動(dòng)且轉(zhuǎn)動(dòng)升降轉(zhuǎn)輪使水銀探針升降，水銀探針下端面施壓于水銀球上并形成圓形水銀層，觀測(cè)顯微鏡設(shè)有測(cè)微標(biāo)尺，下電極引線從金屬平臺(tái)引出，上電極引線從水銀探針引出，下電極引線和上電極引線分別通過導(dǎo)線與電容電導(dǎo)儀連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述半導(dǎo)體薄膜材料電容特性的測(cè)量裝置，其特征在于所述圓形水銀層的直徑為0. 5-5. 0mm。
全文摘要
一種特定電容器容量和品質(zhì)的測(cè)量方法，把半導(dǎo)體薄膜材料做成一個(gè)特定電容器，并設(shè)定一個(gè)可測(cè)量參數(shù)η為電容差值率，所述電容差值率定義為電容真實(shí)值Cs和電容測(cè)試值Cp的差值與其平均值之比，通過測(cè)量特定電容器的電容測(cè)試值Cp、電導(dǎo)值Gp和測(cè)試頻率ω，計(jì)算電容差值率η、電容真實(shí)值Cs、串聯(lián)電阻Rs、高頻損耗tgδ或?qū)?yīng)損耗角δ；同時(shí)提供了實(shí)施該測(cè)量方法的裝置。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是只需要一個(gè)金屬平臺(tái)和一只懸掛式水銀探針，裝置簡(jiǎn)單；制備和測(cè)量特定電容器的全部操作過程，不損傷樣品；對(duì)被測(cè)半導(dǎo)體樣品的襯底和界面結(jié)構(gòu)沒有特別要求，適用范圍更廣；采用電容差值率測(cè)量特定電容器的電容真實(shí)值和監(jiān)控其品質(zhì)，方便快捷，數(shù)據(jù)可靠。
文檔編號(hào)G01R31/26GK102495295SQ20111044035
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月26日
發(fā)明者郭天瑛, 郭恩祥 申請(qǐng)人:南開大學(xué)