[發明專利]一種半導體等離子體頻率測量方法

有效

• 申請號: 201210216218.1
• 申請日: 2012-06-28
• 公開（公告）號: CN102721670A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 楊濤;黃維;蔡祥寶;李興鰲;劉輝;何浩培;周馨慧;王建云
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 楊楠

技術領域

本發明涉及一種半導體等離子體頻率測量方法，利用表面等離子體波在半導體表面的傳播特性對半導體等離子體頻率進行測量，屬于半導體性能參數測量技術領域。

背景技術

半導體產業是電子工業的基礎,半導體器件在工業生產與日常生活的各個方面已大量被使用，而半導體器件的發展水平已成為衡量一個國家綜合國力的重要標志之一。如今，半導體器件的發展很大程度上依賴于新型的半導體材料的開發。當一個新的材料開發后，需要對該材料特性進行測量。而半導體的等離子體頻率是半導體特性中較為重要的一個參數，所以開發一種簡單實用的測量半導體等離子體頻率的方法就顯示得很有必要。

但是，現有的測量半導體等離子體頻率所用的方法尚有一些不足之處。比如，有立陶宛的科學家采用10-2000MHz的電磁波和0-32特斯拉的強磁場加在n型的銻化銦和n型的鍺上，通過激發霍爾電流（Hall?currents）以及磁等離子波（helicon?waves）測得載流子濃度和載流子遷移率，根據載流子濃度和載流子遷移率推算等離子體頻率（S.?Barauskas,?Z.?Jankauskas,?V.?Kvedaras,?A.?Suslov，“Measurement?of?Charge?Density?and?Mobility?in?Semiconductors?in?the?Strong?Magnetic?Field，?MEASUREMENT?SCIENCE?REVIEW,?Volume?7,?Section?3,?No.?1,?2007）。但是，該方法需要用到強磁場，相應實驗設備昂貴而難以實現。而且該方法不能對生長于其他物體上面的很薄的一層半導體進行等離子體頻率的測量。

當然，還有其他方法，比如可以通過測量半導體的電導率，然后通過一系列運算獲得半導體等離子體頻率。但這種方法不可避免地需要對半導體進行接觸測量，而在接觸的過程中，很有可能會對半導體的表面產生損壞。并且，接觸電勢差也會對最后的測量結果產生影響，所以該方法不能對所有半導體進行測量。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術不足，提供一種半導體等離子體頻率測量方法，利用表面等離子體波在半導體表面的傳播特性對半導體等離子體頻率進行準確實時地測量。

本發明具體采用以下技術方案：

一種半導體等離子體頻率測量方法，包括以下步驟：

步驟1、將兩個金屬刀片：第一刀片和第二刀片，平行設置于待測半導體表面上方，兩個刀片的刀身垂直于半導體表面且刃口向下；初始時，設置兩個刀片間的距離為2厘米，刀片刃口與待測半導體表面的距離大于0小于等于500微米；由第一刀片的外側向第一刀片的刃口與待測半導體表面之間的狹縫處發射寬頻電磁波；在第二刀片的刀口外側放置一個光譜分析裝置；

步驟2、檢查光譜分析裝置是否能收到信號，如果沒有任何信號被接收到，則逐步減小所發射寬頻電磁波的最小頻率，直至光譜分析裝置可以接收到電磁波信號；

步驟3、如在步驟2的操作過程中，光譜分析裝置始終不能收到信號，則逐步減小兩個刀片間的距離，并重復步驟2，直至光譜分析裝置可以接收到電磁波信號；

步驟4、微調兩個刀片刃口與待測半導體表面的距離、入射電磁波的入射角度、光譜分析裝置接收出射電磁波的角度，使得光譜分析裝置接收到信號的幅度達到最大；

步驟5、逐步減小兩個刀片之間的距離，直至光譜分析裝置剛好不能接收到入射寬頻電磁波的全部頻率信號，記錄下此時光譜分析裝置所能探測到的最大頻率值；將該最大頻率值乘以????????????????????????????????????????????????，即為待測半導體的等離子體頻率。

????半導體的等離子體頻率與溫度相關，尤其是本征半導體，其等離子體頻率受溫度影響更大，為了獲得半導體等離子體頻率的溫度特性，進一步地，在步驟5之后還包括：

步驟6、調整待測半導體的溫度并重復步驟1至步驟5，得到待測半導體在不同溫度下的等離子體頻率。

????本發明的半導體等離子體頻率測量方法可以在空氣環境中進行，優選地，整個測量過程在真空或充氮氣的環境中進行。

?與現有半導體等離子體頻率測量方法相比，本發明方法具有以下有益效果：

一、直接對半導體等離子體頻率進行測量，不涉及半導體其他參數（如電導率、載流子濃度、載流子遷移率）的計算，可以實現實時測量，測量不需要低溫、不需要昂貴設備，具有低成本、高效率等特點。

二、測量過程中不需要接觸待測半導體，避免了接觸性損傷。