[其他]一種非接觸式微波測量半導體材料少子壽命的裝置

在審

• 申請號: 101986000001518
• 申請日: 1986-07-25
• 公開（公告）號: CN1003094B
• 公開（公告）日: 1989-01-18
• 發明（設計）人: 王宗欣
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 代理公司: 上海高校專利事務所
• 代理人: 王福新;樓濤

本發明提供了一種用介質波導加紅外光源非接觸測試半導體材料少子壽命及電阻率的裝置。該裝置的測試結果與常規的有接觸方法一致、操作簡便，能夠測量不同厚度片狀樣品的少子壽命以及同一樣品上不同部位少于壽命的差異。由于是非接觸測試，對于拋光片、離子注入片以及經過各種化學處理的半導體薄片尤為適宜，能夠做到無損傷、無沾污。在集成電路、半導體器件的生產過程中可用作材料檢驗和工藝監控的重要手段。

本發明屬于用微波方法測量半導體材料物理特性的裝置。

少數載流子壽命（簡稱少子壽命）是半導體材料晶格完整性及純度的綜合反映，它與電阻率、遷移率同被列為半導體材料的三個重要參數，因此材料廠、器件廠在集成電路和半導體器件的生產過程中，對這些參數的測定已成為必不可少的工序。目前國內使用的測量手段（如用高頻光電導方法）都是接觸測試，其不足之處是在測量過程中容易造成樣品表面的沾污和機械損傷，而且被測樣品只能是一段硅錠的局部部位，而實際生產使用的是厚薄、直徑各不相同的片狀材料，它的特性參數同錠狀單晶中所測得的數據往往有很大的差導。因此，接觸測量的方法不夠理想，近來據有關報導，國外也有研究各種非接觸測試少子壽命的方法，如《應用物理》1980年第49卷第9號、第10號，日本《電子材料》1981年2月號、6月號都不斷刊載有關“非接觸法測定半導體材料的電氣性質”方面的文章，其中有用微波方法測量少子壽命的內容，如波導法、微帶線法、同軸線法等。但是，有的為了把樣品放入波導，需將樣品按要求切割成一定的形狀，測試的方法也比較麻煩;有的采用帶線作為檢測裝置，雖然避免了上述不利之處，但由于樣品和帶線之間是表面接觸，依靠帶線暴露在空氣中的那部分電場（它在空氣中呈非均勻分布）透入樣品，此時樣品表面部分電導的影響大于體內電導的影響，傳輸特性與帶線上覆蓋的樣品厚度呈非線性關系，因而增加了表面復合引起的測量誤差。

本發明的任務是提供一種用微波介質波導方法非接觸測量任意形狀半導體薄片材料少子壽命的測試頭子及有關裝置。

本發明利用光照前后引起微波透過半導體樣品傳輸系數的變化能反映少子衰退過程的原理-在注入情況下，傳輸系數的變化正比于測試部分由于光注入所產生的少子總數-計算出半導體片狀樣品的少子有效壽命。此外，通過傳輸系數（或反射系數）的測定還能夠同時測量樣品的電阻率。

該裝置主要包括微波源、光源、測試頭子和微波檢測器四大部分，其中測試頭子為本發明的特征所在。它由可作微波傳輸線的介質波導制成，待測樣品放在兩介質波導之間的測試平臺上，介質波導通過介質波導-波導的過渡分別同可變衰減器和檢波器相連接，由可變衰減器調節加到待測樣品上的微波功率，并由檢波器將輸出的訊號經前置放大器后再送入顯示器（示波器），由傳輸系數隨時間的變化直接在示波器上顯示出少子衰退曲線，少子壽命可由示波器時標直接讀出。通過表頭的顯示也可同時得出材料的電阻率。（裝置的工作框圖詳見說明書附圖1、）

該裝置測試頭子的結構圖見說明書附圖2，介質波導的結構圖見說明書附圖3。圖2中測試頭子由上部件〔1〕，下部件〔4〕及測試平臺〔3〕三個部分組成。上部件〔1〕水平方向上的一端〔A〕是一個呈尖劈形的介質波導-波導過渡，它接在檢波器〔7〕的波導口內，中間部分為矩形截面的介質波導，上部件另一端〔B〕為一直角彎角，彎角與測試平臺的臺面垂直，在彎角的垂直部分開有一個上大下小的穿通圓孔〔2〕，可使脈沖光源〔9〕產生的脈沖光通過它照射到待測樣品上去，該垂直部分介質波導的底端〔C〕為帶圓孔的矩形測量端面;下部件〔4〕的頂端〔D〕為一個與上部件〔1〕垂直部分底端測量面位置對準、大小相等對稱矩形測量端面，該部件的中間部分為矩形截面的介質波導，下部件〔4〕的下端〔E〕為呈尖劈形的波導-介質波導過渡，它接在與微波連接的可變衰減器〔6〕的波導口內;測試平臺〔3〕位于上部件〔1〕、下部件〔4〕的〔D〕、〔C〕兩個測量端之間，上面可放置待測樣品〔5〕，在對準下部件〔4〕測量端〔D〕處，測試平臺〔3〕的下方開有一個呈圓形或矩形的凹穴，凹穴的面積大于介質波導上的測量端面，用以容納下部件〔4〕的〔D〕端，使其靠近待測樣品〔5〕。上部件〔1〕及檢波器裝在一個可調節的支架上，可作垂直于測試平臺〔3〕的運動，因而能測量不同厚度的樣品;而當上部件〔1〕的位置固定時，將待測樣品〔5〕在測試平臺〔3〕上作左、右、前、后的移動，便可測量樣品上不同部位的少子壽命。