[發明專利]一種半導體薄膜材料電容特性的測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201110440351.0
• 申請日: 2011-12-26
• 公開（公告）號: CN102495295A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 郭天瑛;郭恩祥
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26;G01R31/26
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明涉及半導體材料技術，特別是一種半導體薄膜材料電容特性的測量方法及裝置。

背景技術

文獻：SOLID?STATE?MEASUREMENTS?INC(US).Apparatus?for?characterization?of?electrical?properties?of?a?semiconductor?body.US5036271，1991-07-30，報道了一種半導體片電特性的測量裝置，該裝置采用汞探針與樣品表面接觸，形成肖特基結電容，下電極為金屬臺座，它與半導體襯底是歐姆接觸。文獻：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)P265，介紹了非導電襯底半導體薄膜(例如生長在摻鉻襯底上的GaAs薄膜)的測量方法，采用在薄膜表面各做一個肖特基接觸點和歐姆接觸點，這時測量結電容，串聯電阻會很大，直接影響電容真實值。文獻：M.Binet.Fast?And?Nondestructive?Method?Of?C(V)Profiling?Of?Thin?Semiconductor?Layers?On?An?Insulating?Substrate.Electron.Lett.Vol.11.P580.(1975)，報道了高阻襯底上生長的半導體薄膜(例如GaAs場效應管使用的GaAs薄膜)，測量裝置采用兩只等面積水銀探針，他們靠得很近，僅相距50μm，因此串聯電阻很小，對結電容的影響可以忽略。

綜合上述文獻，現有技術測量半導體結電容，可分為下述兩種方式：

1、測量裝置采用單只汞探針。汞與導電襯底薄膜樣品的表面接觸，形成肖特基結電容，而樣品襯底為歐姆接觸。這種測量模式，串聯電阻一般很小，對結電容的影響可以忽略。如果測量非導電襯底半導體薄膜樣品，肖特基接觸點和歐姆接觸點做在樣品表面同側，串聯電阻一般都很大，測量結電容時，必須考慮串聯電阻的影響。

2、采用雙汞探針裝置測量絕緣襯底薄膜樣品。在樣品表面同時形成兩個肖特基接觸點，如果他們靠得很近(例如：相距50μm)，串聯電阻可以很小，對結電容的影響可以忽略。否則，串聯電阻很大，則要計入它對結電容的影響。

發明內容

本發明的目的是針對上述技術分析，提供一種半導體薄膜材料電容特性的測量方法及裝置，該裝置將半導體樣品做成一個特定電容器，引進一個可測量的參數η(電容差值率)，既描寫了特定電容器，又表征了被測材料的電容特性，特定電容器將成為今后深入研究半導體薄膜材料雜質濃度和界面態密度最重要的基礎部件。

本發明的技術方案：

一種特定電容器容量和品質的測量方法，把半導體薄膜材料做成一個特定電容器，并設定一個可測量參數η為電容差值率，所述電容差值率定義為電容真實值Cs和電容測試值Cp的差值與其平均值之比，通過測量特定電容器的電容測試值Cp、電導值Gp和測試頻率ω，計算電容差值率η、電容真實值Cs、串聯電阻Rs、高頻損耗tgδ或對應損耗角δ，計算公式為：