光照對(duì)半導(dǎo)體電阻率測(cè)試的影響分析論文
1 概述
四探針測(cè)試法是測(cè)量半導(dǎo)體材料電阻率的主要手段，光照是影響測(cè)試精度的一種環(huán)境因素。文章利用RTS-8型四探針測(cè)試儀在不同光照環(huán)境下對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，分析測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)理論，研究光照對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響機(jī)制。本文主要分析光照對(duì)測(cè)量精度的影響。
2 光的吸收
半導(dǎo)體材料通常能強(qiáng)烈地吸收光能，具有數(shù)量級(jí)約為105cm-1的吸收系數(shù)。吸收系數(shù)的大小可以反映半導(dǎo)體材料吸收光能的能力，通常用α來表示。材料吸收光的能力常常與入射光子能量有關(guān)。若外界有穩(wěn)定的一定波長(zhǎng)的光照作用在被測(cè)硅片表面，半導(dǎo)體材料吸收光輻射能量，從而導(dǎo)致價(jià)帶中的電子獲得足夠能量從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，在價(jià)帶中留下空穴，這樣在半導(dǎo)體中產(chǎn)生了電子-空穴對(duì)，這個(gè)過程也被稱為本征吸收。要使半導(dǎo)體材料發(fā)生本征吸收，入射光子的能量需要滿足hν≥Eg的條件，否則電子的躍遷則不能發(fā)生。被測(cè)硅片樣品對(duì)不同能量的光子的吸收能力是不同的。圖1所示的.是硅材料的吸收系數(shù)α和入射光子能量hν之間的關(guān)系。
3 測(cè)試條件
測(cè)試所用樣品的外延層和襯底之間要有pn結(jié)隔離，或者外延層的電阻率要比襯底的電阻率小得多。測(cè)試儀探針的導(dǎo)電性能要好，與被測(cè)材料的接觸電勢(shì)差要小，同時(shí)，探針的位置要固定，防止探針游移。
在測(cè)量過程中，電流源提供的電流的相對(duì)變化不能超過0.05%。工作電流的選擇主要取決于被測(cè)樣品的電阻率大小。如果選取的工作電流過小，則測(cè)量電壓的難度將提升;選取較大的工作電流可以測(cè)得較高的電壓值，這可以提高測(cè)量的精確性，但是工作電流過大會(huì)使得被測(cè)樣品發(fā)熱，樣品的電阻率隨之發(fā)生變化，這又降低了測(cè)量的精度。所以為了選取合適的工作電流，需要先獲得被測(cè)樣品的I-V特性關(guān)系，根據(jù)I-V關(guān)系將工作電流控制在線性較好的范圍內(nèi)，這樣被測(cè)樣品的電阻率就不會(huì)隨著電流的變化有過大變化，測(cè)量的精度可以得到保證。
一般來說，對(duì)于具有較大電阻率的樣品，工作電流要選得小一些，而電阻率較小的樣品則工作電流可以選得大一些。而在確保電流和電壓有足夠測(cè)量精度的前提下，工作電流應(yīng)當(dāng)盡可能選得小一些。
4 光照對(duì)測(cè)試結(jié)果影響的分析
5 結(jié)語(yǔ)
總體而言，隨著入射光子能量的增加，硅樣品的吸收系數(shù)逐漸增大，即表示材料對(duì)光子能量較大或頻率較大的光吸收能力較強(qiáng)。當(dāng)入射的光子能量較大，被測(cè)硅樣品越能吸收入射光的能量，這樣則能產(chǎn)生越多的光生載流子，從而使被測(cè)樣品的電導(dǎo)率升高，電阻率和方塊電阻減小，這樣就使得電阻率實(shí)際的測(cè)量值越偏離標(biāo)稱值。當(dāng)入射光子能量較小或頻率較小時(shí)，情況則正好相反。另外當(dāng)入射光頻率一定，光強(qiáng)越強(qiáng)產(chǎn)生的光生載流子也越多，也可以使被測(cè)樣品的實(shí)測(cè)電阻值小于標(biāo)稱值。正因?yàn)樵趯?shí)際測(cè)量時(shí)，半導(dǎo)體樣品不可避免地會(huì)處在一定光照條件下，測(cè)量過程中光照條件不一樣就會(huì)使測(cè)量電阻率出現(xiàn)的測(cè)量誤差有所差異。
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