本发明专利技术提供了一种用介质波导加红外光源无接触测试半导体材料少子寿命及电阻率的装置．该装置的测试结果与常规的有接触方法一致、操作简便，能够测量不同厚度片状样品的少子寿命以及同一样品上不同部位少子寿命的差异．由于是无接触测试，对于抛光片、离子注入片以及经过各种化学处理的半导体薄片尤为适宜．能够做到无损坏、无沾污．在集成电路、半导体器件的生产过程中可用作材料检验和工艺监控的重要手段．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于用微波方法测量半导体材料物理特性的装置。属GO1N 22/00国际专利分类系统。少数载流子寿命(简称少子寿命)是半导体材料晶格完整性及纯度的综合反映，它与电阻率、迁移率同被列为半导体材料的三个重要参数，因此材料厂、器件厂在集成电路和半导体器件的生产过程中，对这些参数的测定已成为必不可少的工序。目前国内使用的测量手段(如用高频光电导方法)都是接触测试，其不足之处是在测量过程中容易造成样品表面的沾污和机械损伤，而且被测样品只能是一段硅锭的局部部位，而实际生产使用的是厚薄、直径各不相同的片状材料，它的特性参数同锭状单晶中所测得的数据往往有很大的差异。因此，接触测量的方法不够理想。近来据有关报导，国外也有研究各种非接触测试少子寿命的方法，如《应用物理》1980年第49卷第9号、第10号，日本《电子材料》1981年2月号、6月号都不断刊载有关“非接触法测定半导体材料的电气性质”方面的文章，其中有用微波方法测量少子寿命的内容，如波导法、微带线法、同轴线法等。但是，为了把样品放入波导，需将样品按要求切割成一定的形状，测试的方法也比较麻烦;采用带线作为检测装置，虽然避免了上述不利之处，但由于样品和带线之间是表面接触，依靠带线暴露在空气中的那部分电场(它在空气中呈非均匀分布)透入样品，此时样品表面部分电导的影响大于体内电导的影响，传输特性与带线上覆盖的样品厚度呈非线性关系，因而增加了表面复合引起的测量误差。本专利技术的任务是提供一种用微波介质波导方法无接触测量半导体薄片材料少子寿命的装置。本专利技术利用光照前后引起微波透过半导体样品传输系数的变化能反映少子衰退过程的原理-在注入情况下，传输系数的变化正比于测试部分由于光注入所产生的少子总数-计算出半导体片状样品的少子有效寿命。此外，通过传输系数(或反射系数)的测定还能够同时测量样品的电阻率。该装置主要包括微波源、光源、测试头子和微波检测器四大部分，其中测试头子为本专利技术的特征所在。它由可作微波传输线的介质波导制成，待测样品放在两介质波导之间的测试平台上，介质波导通过介质波导-波导的过渡分别同可变衰减器和检波器相连接，由可变衰减器调节加到待测样品上的微波功率，并由检波器将输出的讯号经前置放大器后再送入显示器(示波器)，由传输系数随时间的变化直接在示波器上显示出少子衰退曲线，少子寿命可由示波器时标直接读出。通过表头的显示也可同时得出材料的电阻率。(微波介质波导法无接触测试半导体材料少子寿命装置的工作框图详见附图说明1。)该装置测试头子的结构图见附图说明2，介质波导的结构图见附图说明3。测试头子由上部件〔1〕，下部件〔4〕及测试平台〔3〕三个部分组成。上部件〔1〕水平方向上的A端为介质波导-波导过渡，呈尖劈形，以便于同检波器〔7〕的波导口连接，中间部分为矩形截面的介质波导，在B端为一直角弯头，在弯角的垂直部分开有一个上大下小的穿通圆孔〔2〕，可使脉冲光源产生的脉冲光通过它照射到待测样品上去，该垂直部分介质波导的底部C端为带圆孔的矩形测量端面;下部件〔4〕的上截面D为一个与上部件〔1〕的C端测量面位置对准、大小相等的矩形测量端面，该部件的中间部分为矩形截面的介质波导，下端E为波导-介质波导过渡，呈尖劈形，以便于同可变衰减器〔6〕的波导口连接;测试平台〔3〕位于上部件〔1〕、下部件〔4〕的D、C两个测量端之间，上面可放置待测样品〔5〕，在对准下部件〔4〕测量端D处，测试平台〔3〕的下方开有一个呈圆形或矩形的凹穴，凹穴的面积大于介质波导上的测量端面，以便下部件〔4〕的D端更靠近待测样品〔5〕。上部件〔1〕及检波器装在一个可调节的支架上，可作垂直于测试平台〔3〕的运动，因而能测量不同厚度的样品;而当上部件〔1〕的位置固定时，将待测样品〔5〕在测试平台〔3〕上作左、右，前、后的移动，便可测量样品上不同部位的少子寿命。该装置工作时，测试头子的下部件〔4〕通过波导-介质波导过渡(E端)将微波源发出的微波传输到D端，微波透过待测样品〔5〕后，通过上部件〔1〕上的介质波导-波导过渡(A端)再传输到检波器上，由此使整个微波线路导通。如果此时上部件〔1〕上的穿通圆孔〔2〕内有脉冲光射向待测样品〔5〕，则在光照前后样品中少子数量的变化将引起微波传输系数发生变动，于是示波器上可以看到少子的衰退过程。上述测试头子结构采用的是传输法，如果测量的是低阻材料样品，还可改用反射法，即在测试头子中，省略下部件〔4〕，而将上部件〔1〕与一环行器相连，环行器的另外两个端口分别接微波源和检波器，此时由反射系数随时间的变化来反映少子的衰退过程。本测试装置的微波源采用波长为2厘米，功率大于40毫瓦、波导形状的体效应振荡源。放大器的高频响应为20赫兹～10千赫，放大倍数约100倍。显示器为SBT-5同步示波器。脉冲光源为红外光源或激光等其它光源，重复频率约20赫兹，脉冲宽度40～50微秒。测试头子中上部件〔1〕、下部件〔4〕可采用Al2O3陶瓷材料或其它高介电常数的介质材料，两个矩形测量端C、D的截面尺寸取决于微波的工作频率以及所用介质材料的介电常数;测试平台〔3〕用有机玻璃或聚四氟乙稀或其它低介电常数的介质材料制成。本专利技术装置由于将光源导通孔与介质波导合为一体，使光照区域小于介质波导测量端的端面面积，从而提高了测量少子寿命的分辩率。例如测试区域可为直径φ＝2毫米的圆斑;通过样品在测试平台〔3〕上的平移，可以方便地测量同一样品上不同部位的少子寿命(最低可测到1微秒);上部件〔1〕还能上下调节，以适应测量不同厚度样品的需要。整个测量装置的体积可做到60厘米×50厘米×25厘米，小巧灵活。用微波介质波导加红外光源无接触测量半导体材料少子寿命(及电阻率)的方法在国内外均属首创。实践证明利用这种方法制成的测试装置在测试的重复性、精确度等方面都达到或超过了其它常规的测试方法，而且操作方便、简单实用;测量时对样品无损伤、无沾污，可以用来测量抛光片、离子注入片、外延片、氧化片以及其它经过腐蚀、溅射等工艺的薄片少子寿命和电阻率，也能同时测出同一样品不同部位少子寿命的差异。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用介质波导测量半导体材料少子寿命的装置，由微波源、光源、测试头子及微波检测器四部分组成，本专利技术的特征在于：该装置的测试头子由以下三个部件组成：ａ．上部件［１］，其水平方向上的Ａ端是一个呈尖劈形的介质波导——波导过渡，中间为矩形截面的 介质波导，在Ｂ端有一个直角弯头，在弯角的垂直部分开有一个上大下小的穿通圆孔［２］，该垂直部分的底端Ｃ为带圆孔的矩形测量面；ｂ．下部件［４］，其Ｄ端与上部件［１］的Ｃ端截面大小相同、位置对准，中间为同样矩形截面的介质波导，下端Ｅ为一个呈尖 劈形的波导———介质波导过渡；ｃ．放置样品介质测试平台［３］，其位于上部件［１］的Ｃ端与下部件［４］的Ｄ端之间；测试平台［３］的下方开有一个大于下部件［４］中介质波导矩形截面的圆型或矩形凹穴，上方为一放置待测样品［５］的平面。
【技术特征摘要】
1.一种用介质波导测量半导体材料少子寿命的装置，由微波源、光源、测试头子及微波检测器四部分组成，本发明的特征在于该装置的测试头子由以下三个部件组成a.上部件[1]，其水平方向上的A端是一个呈尖劈形的介质波导-波导过渡，中间为矩形截面的介质波导，在B端有一个直角弯头，在弯角的垂直部分开有一个上大下小的穿通圆孔[2]，该垂直部分的底端C为带圆孔的矩形测量面；b.下部件[4]，其D端与上部件[1]的C端截面大小相同、位置对准，中间为同样矩形截面的介质波导，下端E为一个呈尖劈形的波导-介质波导过渡；c.放置样品介质测试平台[3]，其位于上部件[1]的C端与下部...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宗欣，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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