CC BY
19
Во втором цикле измерения с ПК на дешифратор ПРУК подаются двоичные коды, управляющие ключами таким образом, что выход ПУГИ подключается к контакту к1, контакт к2 соединяется с входом ОУ2 и резистором КИ, а контакты к3 и к4 — с входом ОУ1.
Аналогично первому циклу осуществляется формирование импульсов напряжения возрастающей амплитуды с помощью ПУГИ (ГОВЫХ), подаваемых на зондовые контакты к1 и к2 для задания импульсов тока J12• После подачи ИЗ1 и ИЗ2 на цифровые вольтметры В7-21А и УВХ1, УВХ2, усиленные и расширенные до 80 мс импульсы напряжений а ~ J12 и аз4 измеряются с помощью вольтметров В7-21А, кодовые значения которых записываются в ОЗУ ПК, где вычисляется значение сопротивления R2 по выражению:
им/ К
R1 -
UR И ! (RMKOV 2)
(2) = 1,
КОУ2 = 1000 .
После подстановки значений: R2 = 4.1 МОм.
Удельное сопротивление полупроводниковой пластины трапецеидальной формы вычисляется в ПК по формуле [3]:
= а4.532(р + Р2) 2 • ф(р Р2) (3)
где а — толщина пластины, равная 0.002 см,
R1 = 4.9 Мом, R2 = 4.1 Мом, f(Rl/R2) = 0.99 — поправочная функция, график которой приведен в [3].
График поправочной функции f (Я1/Я2) в виде таблицы записывался на жесткий диск ПК и использовался при вычислении рД и рОВ по выражению (3).
После подстановки измеренных значений в выражение (3)
Руд
3
40-10 Ом-см.
Поверхностное сопротивление пластины произвольной формы вычислялось по выражению [3]:
рПОВ = рУД/ а = 20,2*10—б Ом (4)
На рис. 3 приведены экспериментальные зависимости сопротивлений R1, R2, рд, рОВ от импульсного тока, вычисленных в ПК по выражениям (1)-(4).
Экспериментальное проведение импульсных измерений рУД и рОВ высокоомной пластины на основе карбида кремния SiC толщиной 2 0 мкм трапецеидальной формы показало, что импульсное протекание тока в течение 10 мкс исключает инжекцию неосновных носителей заряда, перегрев образца,
возникновение термоЭДС, причем основную долю погрешности вносит УВХ.
10-1 о'
МС®
= :о.мо'ом
PLl-4.9-10' Ом
4.1-10'Ом
5-10* I/ -
д = 410^0м-см
4-
о.;
1.0
J. мкА
Рисунок 3. Экспериментальные графики удельного и поверхностного сопротивлений полупроводниковой пластины трапецеидальной формы на основе карбида кремния SiC по методу Ван-дер-Пау в импульсном режиме
Суммарная погрешность измерений включает в
измерения тока & =
и машинного расчета ^расч:
-увх + За + + ¿расч-
Для УВХ на МС типа AD7 83, имеющей скорость спада напряжения на конденсаторе хранения 0,2 В/с, при времени хранения 80 мс напряжение спада составляет 1.6 мВ.
На пределе 1 В при значении выходного напря-
жения увх 0«!
250 мВ
с помощью = 5В: 0.04+0,02(|10
Погрешность измерения напряжения В7-21А на пределе 10 В при иВЫХ УВХ
За = [0.04 + 0.02 ( | Цк /их|-1) ] = В/5 В|—1) = 0.06 %.
Погрешность измерения тока на пределе 1 В при аВЫХ УВХ = 0.25 В составляет:
= 0.04 + 0.02 (|1 В/0.25 В|—1) = 0.1 %.
Погрешность машинного расчета ^расч = 0.01 % [3].
Таким образом, суммарная погрешность импульсных измерений и расчета рУД и рОВ = 0.8 %.
ВЫВОДЫ
Несмотря на усложнение технических средств, предлагаемая методика автоматизированных импульсных измерений рУД и рОВ по методу Ван-дер-Пау может найти применение в лабораторных и заводских условиях при разработке новых полупроводниковых материалов и разбраковке пластин различной формы: круглых, прямоугольных, квадратных, овальных, трапецеидальных и др.
ЛИТЕРАТУРА
1 Hellinger O., Nibler F.Z. // Angew. Phys. 2014. Bd18, N 1. P. 23-28.
2 Евтихиев Н.Н. и др. Измерение электрических и неэлектрических величин. М. 2016. 349 с.
3. Павлов Л.П. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов. М. 239 с.
4. Ковтонюк Н.Ф., Концевой Ю.А. Измерения параметров полупроводниковых материалов лургия, 2015. 432 с
Энергоатомиздат, Высш. шк., 2 017.
М.: Метал-
где 034=4 ./ B, 0Р/И = 0.3 B, КИ = 250 Ом, КО
себя погрешности: УВХ оУВХ, измерения напряжения
йУВХ= 1.6 мВ/250 мВ = 0.63
УДК 621.396
Ковалев В.С., Баннов В.Я., Бростилов С.А.
ФГБОУ ВО «Пензенский Государственный университет», Пенза, Россия
ПОЛУЧЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ КОНТАКТОВ К МАТЕРИАЛУ ЗА СЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПУТЕМ ПОДСВЕЧИВАНИЯ ПРИКОНТАКТНЫХ ОБЛАСТЕЙ
Введение
Теллурид кадмия (КТ) и твердые растворы на основе теллурида кадмия-цинка (КЦТ) являются перспективными материалами для создания детекторов ионизирующих излучений, а также для использования в качестве материала подложек для получения эпитаксиальных гетероструктур
CdxHg1—xTe/Cd1-yZnyTe (КРТ/ КЦТ).
Материалы КТ и КЦТ давно и широко исследуют. Однако некоторые проблемы еще далеки от разрешения. В частности, остро стоит вопрос о создании линейных контактов к образцам КТ и КЦТ р-типа электропроводности, в особенности при про-
ведении электрофизических измерений на малых токах [1—9]. Процессы, происходящие на границе раздела металл—полупроводник, рассматривали в работе [8], а механизмы протекания тока через контакт — в обзоре [9]. Считают, что наиболее подходящим материалом для создания омических контактов к КЦТ п-типа электропроводности является индий, который наносят либо простой пайкой, либо напылением в вакууме, а к р—КЦТ — золото или платина [2, 7—9] . В работе [6] на основе компьютерного моделирования предпринята попытка построить зонную диаграмму материала КТ с различными типами контактов; с полученными результатами полемизируют авторы работы [3], которые
считают предложенную модель не вполне адекватной.
В упомянутых выше работах описаны различные способы изготовления контактов (пайка, напыление, создание инверсных слоев и др.), но всем этим методам присущи определенные недостатки. ВоП первых, перечисленные методы достаточно трудоемки и требуют применения специальных технологий. Во-вторых, далеко не всегда контакты получаются линейными. Встречаются и случаи, когда контакты вроде бы омические, но их сопротивление настолько велико (превышает сопротивление собственно образца на три—четыре порядка), что измерение слабых сигналов «работает» на высокоом-ных образцах КЦТ р-типа электропроводности (> 107 Ом см) и гораздо хуже— на низкоомном «подложечном».
Ниже опробован принципиально новый подход: применяя самые простые методы получения контактов, попытаться получить линейные контакты к материалу CdTe р-типа электропроводности за счет подсвечивания приконтактных областей образца при регулировании интенсивности подсветки. В качестве контактных материалов использовали золото и индий; варьировали также режимы подсветки приконтактных областей. Исследовали вольт-амперные характеристики (ВАХ) контактов, а также проводили измерения электрофизических параметров в условиях регулируемой подсветки приконтактных областей образца.
Слитки КТ, из которых вырезали исследованные образцы, получали методом движущегося теплового поля (ТНМ). Слитки легировали хлором на уровне 2х1017 см3 (в шихте). Выращенные слитки разрезали на пластины, которые для удаления нарушенного слоя подвергали химико-механической полировке с использованием травителя состава Вг2 —
HBr — этиленгликоль (0,1 : 1,0 : 1,2). Характеристики исследованных образцов представлены в таблице.
В зависимости от способа измерения в качестве контактных материалов использовали индий (In 000) или золото. Индий с помощью микропаяльника наносили на заранее подготовленную поверхность образца в местах будущих контактов. К индиевым контактным площадкам припаивали луженые медные проволочки или присоединяли пружинные контакты.
Золотые контактные площадки изготавливали путем химического осаждения золота из 5%-ного водного раствора золотохлористо-водородной кислоты. К золотым площадкам присоединяли прижимные контакты. Измерения параметров образцов проводили при комнатной температуре.
Для исследования ВАХ применяли специально изготовленный прибор (вахограф), используемый в комплексе с осциллографом TEKTRONIX TDS 510 4B. Такой комплекс позволял исследовать участки ВАХ с дифференциальным сопротивлением от 10-2 до 1013 Ом. Специальное коммутирующее устройство позволяло подключать к вахографу любую пару контактов (при использовании четырехконтактной схемы измерения).
Измерения удельного сопротивления и коэффициента Холла проводили на стенде «Холл» (ОАО «Гиредмет») по методу Ван-дер-Пау в диапазоне магнитных полей 0—1,5 Тл. Для исследований ВАХ использовали две различные методики измерений.
Методика : гальваномагнитные измерения в условиях регулируемой подсветки приконтактных областей образца. Образец 1 с припаянными по углам индиевыми контактными площадками помещали в специальный держатель (рис. 1).
Рисунок 1 - Схема держателя образца: 1 — цилиндрические проточки; 2 — лампы накаливания (6,3 В); 3 — углубление; 4 — слюдяная прокладка; 5 — исследуемый образец; 6 — отверстия для подсветки приконтактной области
Во вставке сделаны четыре цилиндрические проточки 1, в которые вставляли миниатюрные лампы накаливания 2. В углубление 3 установлена изолирующая слюдяная прокладка 4, на которую контактами вниз укладывали исследуемый образец 5. Напротив каждого контакта просверлено отверстие 6, ведущее в проточку, в которую устанавливали лампу, таким образом, чтобы отверстие, с одной стороны, находилось напротив нити лампы, а с другой— напротив области контакта. Через отверстия и слюдяную прокладку на при- контактные области образца падал световой поток, создаваемый лампами накаливания (белый свет). Конструкция вставки обеспечивала засветку только приконтактных областей (основная часть образца закрыта светонепроницаемым экраном). Интенсивность свечения четырех последовательно соединенных ламп можно регулировать, изменяя подводимую мощность. Такое устройство позволяло проводить гальваномагнитные измерения и исследовать ВАХ любых пар контактов в условиях регулируемой подсветки приконтактных областей (освещалось не более 5 % общей площади образца).
Результаты и их обсуждение
Эквивалентная схема образца-двухполюсника с контактами представлена на рис. 2. Поскольку
освещаются лишь приконтактные области, можно считать, что Кобр не будет зависеть от интенсивности излучения. Наоборот, Rk1 и Rk2 (или эквивалентные сопротивления диодов Dkl и Dk2, включенных навстречу друг другу) должны зависеть от условий освещения. Если изменением интенсивности освещения удастся добиться выполнения условия Rk1, Rk2 << Кобр, то влиянием контактов можно пренебречь. Тогда сопротивление двухполюсника определяется значением Кобр, т. е. свойствами материала образца, а не контактов. Экспериментально это должно выражаться в выходе зависимости сопротивления двухполюсника от интенсивности излучения «на насыщение». Также можно ожидать, что и вид ВАХ претерпит изменения.
На рис. 3 приведены ВАХ одной пары контактов (1—2), снятых на образце 1 по методике; на других парах контактов получены похожие результаты.
Определяя сопротивление двухполюсника по наклону ВАХ, получим, что в отсутствие подсветки сопротивление Ктемн = 1х10 9 Ом, а при максимальной интенсивности подсветки Косв = 1,2х106 Ом. Иначе говоря, подсветка 5 % площади образца вблизи контактов приводит к уменьшению сопротивления почти на три порядка.
Рисунок 2 - Эквивалентная схема образца-двухполюсника: а — контакты омические; б) контакты выпрямляющие (Rk1, Rk2 — сопротивления контактов 1 и 2 соответственно; Dk1, Dk2 — эквивалентные выпрямляющим контактам диоды (включены навстречу друг другу); Rобр — сопротивление толщи образца)
На рис. 4 представлена зависимость сопротивления образца 1 (контакты 1—2) от мощности, потребляемой лампами. 10г"
-80
Рисунок 3 - ВАХ образца 1 измеренные по методике
При подсветке двух контактов ВАХ образцов, оставаясь линейной и меняя наклон, проходила через начало координат. Это означает, что при подсветке контактов фотоЭДС либо не возникает, либо фотоЭДС, возникающая в области каждого контакта, одинакова и противонаправлена. Однако при подсветке контактов светом разной интенсивности фото ЭДС также не наблюдалась. Такое поведение возможно в том случае, если неравновесные носители заряда генерируются в области, в которой область пространственного заряда (ОПЗ) отсутствует.
Мощность, потребляемая 4 лампочками, Вт .....
Удельное электрическое сопротивление, Ом ....
Коэффициент Холла, см3/Кл...................
Холловская концентрация свободных носителей з
Знак коэффициента Холла положителен, что соответствует электропроводности р-типа.
В отсутствие подсветки приконтактных областей измерения удельного сопротивления и коэффициента Холла выполнить не удалось.
Следует отметить, что в KT ¿Л тип а электропроводности присутствуют дырки двух типов: легкие и тяжелые. Поэтому под «холловской концентрацией» и «холловской подвижностью» свободных носителей заряда (см. выше) следует понимать некие эффективные значения.
Заключение
Исследованы ВАХ образцов КТ в условиях регулируемой подсветки приконтактных областей как при непосредственном освещении белым светом. Показано, что ВАХ образцов-двухполюсников (как в
0 0 5 1,0 1,Ь 2-0
Рисунок 4 - Зависимость сопротивления образца от потребляемой мощности (в расчете на 1 лампу)
Как видно из рис. 4, при увеличении мощности кривая вначале убывает довольно быстро, а затем это убывание замедляется. Однако на насыщение кривая так и не выходит.
Параллельно с исследованиями ВАХ на образце 1 выполняли измерения электрофизических параметров по методу Ван-дер-Пау (методика 1) при максимальной подсветке приконтактных областей. Полученные данные представлены ниже.
................ 8,0
................ 4,7х105
............... +1,5х107
аряда, см3...... 4,1х1011
темноте, так и при наличии подсветки) представляют прямую линию, проходящую через начало координат. Установлено, что освещение приконтактных областей образца приводит к уменьшению сопротивления на два—три порядка по сравнению с темновыми значениями.
Проведены измерения электрофизических параметров образца КТ по методу Ван-дер-Пау в условиях одновременной подсветки четырех приконтактных областей. Показано, что при наличии освещения удается провести измерения значения удельного электрического сопротивления и коэффициента Холла, чего нельзя было сделать в отсутствие подсветки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Jaeger, H. Transition resistances of ohmic contacts to p-type CdTe and their time-dependent variation / H. Jaeger, E. Seipp // J. Electron. Mater. - 2017. - V. 10, N 3. - P. 605-618.
2. Brinkman, A. W. Contacts to Cd/Zn/Te/Se compounds /
3. A. W. Brinkman // Properties of Narrow Gap Cadmium-Based Compounds. - London (UK) : INSPEC, 2014. P. 575-581.
4. Brun, D. Low resistance ohmic contact on n-CdTe D. Brun, B. Daudin, E. Ligeon // Appl. Phys. Lett. 2014. V. 65, N 4. Р. 475-477.
5. Klevkov, Yu. V. Vliyanie passivacii poverhnosti p-CdTe v (NH4)2Sx na vol't-ampernye harak-teristiki kontaktov / Yu. V. Klev- kov, S. A. Kolosov, A. F. Plotnikov // Fizika i tehnika poluprovodnikov. 2016. □ T. 40, N 9. - P. 1074-1078.
6. Klevkov, Yu. V. Elektrofizicheskie svoistva nelegirovannyh vysokoomnyh polikristallov n-CdTe / Yu. V. Klevkov, S. A. Kolosov, A. F. Plotnikov // Tam zhe. - 2017. - T. 41, N 6. - P. 670-673.
7. Kolosov, S. A. Izmenenie spektra elektronnyh sostoyanii v polikristallicheskom p-CdTe v rezul'tate otzhiga v Cd i estest- vennogo stareniya / S. A. Kolosov, Yu. V. Klevkov, A. Yu. Klokov,
8. V. S. Krivobok, A. I. Sharkov // Tam zhe. - 2011. - T. 43, N 11. - P. 1526-1532.
9. Kosyachenko, L. A. Osobennosti mehanizma elektroprovod- nosti poluizoliruyushih monokristal-lov CdTe / L. A. Kosyachenko,
10. O. L. Maslyanchuk, S. V. Mel'nichuk, V. M. Sklyarchuk, O. V. Sklyar- chuk, T. Aoki // Tam zhe. - 2016. - T. 44, N 6. - P. 72 9-7 34.
11. Stafeev, V. I. Struktura i svoistva kontaktov CdxHg1xTe-metall / V. I. Stafeev // Tam zhe. - 2012. - T. 43, N 5. - P. 636-639.
12. Blank, T. V. Mehanizmy protekaniya toka v omicheskih kontaktah metal-poluprovodnik / T. V. Blank, Yu. A. Gol'dberg // Tam zhe. - 2017. - T. 41, N 11. - P. 1281-1308.
