[發(fā)明專利]載流子濃度鎵基液態(tài)金屬測量探頭及其裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210858509.4
• 申請日: 2022-07-20
• 公開（公告）號: CN115078949A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王昕;葉燦明;王世進(jìn);李俊生
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州昆德半導(dǎo)體測試技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 廣州匯盈知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44603
• 代理人: 許浩達(dá)

本發(fā)明公開了一種載流子濃度鎵基液態(tài)金屬測量探頭，導(dǎo)電線連接碳化鎢棒，碳化鎢棒的一端伸入由抗腐蝕材料制成的液態(tài)金屬容器中，液態(tài)金屬容器開設(shè)有貫通的容腔和毛細(xì)管，容腔連通毛細(xì)管；所述容腔內(nèi)部填注鎵基液態(tài)金屬，鎵基液態(tài)金屬浸沒碳化鎢棒，利用在毛細(xì)管內(nèi)的鎵基液態(tài)金屬形成測量探針，解決了探針安全性和環(huán)保的問題；該測量探針與測量樣品為面接觸，相比傳統(tǒng)探針的點(diǎn)接觸能夠增大接觸面積，使得測量數(shù)據(jù)的重復(fù)性好，提升了測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度；使用諸如聚四氟乙烯等抗腐蝕材料的液態(tài)金屬的容器及其毛細(xì)管，既不會被鎵基合金腐蝕，也不會與鎵基液態(tài)金屬發(fā)生粘連，提升了鎵基液態(tài)金屬的流動性，從而提升測量精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體測量，具體是一種應(yīng)用電容一電壓(CV)法測量半導(dǎo)體拋光片載流子濃度的鎵基液態(tài)金屬測量探頭及其裝置。

背景技術(shù)

硅拋光片和砷化鎵拋光片是半導(dǎo)體器件中的重要基礎(chǔ)材料，它們都摻入不同的雜質(zhì)，以控制材料的電阻率、型號等性能，這樣才能形成PN結(jié)、MOS結(jié)等器件。半導(dǎo)體單晶中的載流子濃度與電阻率、摻雜分布緊密相關(guān)，是材料和器件工藝中必須掌握的重要質(zhì)量參數(shù)。

載流子濃度的測量普遍使用CV(電容-電壓)法，如果采用一般的探針測量，采用的都是很尖的針，接觸直徑按微米計(幾十個微米)，屬于點(diǎn)接觸。由于CV法中測量的結(jié)電容C是與接觸面積成正比的，點(diǎn)接觸的接觸面積小且不穩(wěn)定，無法得到穩(wěn)定的測量結(jié)果，還會損壞拋光片，因此不能采用尖針做探針。那么，必須找到能夠?qū)崿F(xiàn)面接觸測量的相關(guān)技術(shù)和設(shè)備(由于面接觸的接觸面積較大且穩(wěn)定，又因為只有金屬與測量樣品直接接觸才能形成良好的金屬-半導(dǎo)體結(jié)，有了結(jié)才有結(jié)電容C，這是進(jìn)行CV測量的原理所在)。

考慮到液態(tài)金屬汞的流動性極佳，對毛細(xì)管不會有任何沾連(也即汞不會粘附于毛細(xì)管)，同時對金屬沒有腐蝕性，可以用各種導(dǎo)電良好的金屬做電極引線，汞探針與半導(dǎo)體拋光片的接觸面積很穩(wěn)定，重復(fù)性也很好，因此，多年來國內(nèi)外在該領(lǐng)域一直沿用汞作為測量介質(zhì)(電容的一極)，但是，由于汞有劇毒，對使用者的健康帶來隱患，給防護(hù)帶來許多困難，也抑制了這種方法的普遍推廣。

現(xiàn)有的載流子濃度測量設(shè)備(SSM495、MCV530L、MCV-3000)中，探針均用汞，汞在毛細(xì)管(與氣路相連)內(nèi)受氣體分配器壓力的控制，氣壓為負(fù)時，汞縮入毛細(xì)管與測量樣品脫離接觸；氣壓為正時，汞伸到毛細(xì)管口與在空氣中的半導(dǎo)體測量樣品接觸，形成金屬-半導(dǎo)體結(jié)(肖特基結(jié))，此時汞暴露在空氣中，為了防止汞的危害，在設(shè)備中對汞蒸氣的收集、排放、被污染晶片的處理，汞蒸氣的分析占了很重要部分，增加了設(shè)備的成本和復(fù)雜程度，同時增加了使用的難度，也給后期的汞處理也帶來麻煩。總之，由于設(shè)備昂貴，汞的防護(hù)要求高，特別不適合中小企業(yè)和高校做測量或?qū)嶒炘O(shè)備。

為了代替汞的使用，研究表明，對人體基本無害的鎵基液態(tài)合金是最佳選擇。如現(xiàn)有技術(shù)：中國專利文獻(xiàn)CN106381434(一種具有低溫流動性的鎵基液態(tài)合金、制備工藝及體溫計)能夠降低液態(tài)合金的“預(yù)凝固”溫度，改善其低溫粘度，確保液態(tài)合金器件在低溫環(huán)境下的正常使用和存儲。具有低溫流動性的鎵基液態(tài)合金，它由以下重量百分比的組分組成：鎵60～80％、銦9～10％、錫5～2％、鉍0.5～4％和銀0.2～1.5％。該技術(shù)在醫(yī)療器械領(lǐng)域的水銀替代、尖端制冷領(lǐng)域的關(guān)鍵制冷介質(zhì)等方面具有廣泛的應(yīng)用。鎵基液態(tài)合金溫度計解決了合金與玻璃毛細(xì)管的粘連問題，它是在體溫下受熱膨脹體積變大了，這種鎵基溫度計只能用于溫度變化測量環(huán)境，并且，溫度計里的液態(tài)金屬是封在玻璃管內(nèi)的，這種溫度計結(jié)構(gòu)無法應(yīng)用于半導(dǎo)體測量(半導(dǎo)體測量要求鎵基液態(tài)合金與被測物體表面直接接觸，也不能依靠熱脹冷縮來改變液柱高度)。

鎵基合金雖然無毒，但是對大部分金屬有腐蝕性，對玻璃等毛細(xì)管均會粘附，且會氧化，因此與拋光片的接觸面積可能不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響測量精度。若要用鎵基合金代替汞，必須解決與毛細(xì)管粘連及流動性差的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容