GB/T 42271-2022 半絕緣碳化硅單晶的電阻率非接觸測(cè)試方法（正式版）

ICS77.040非接觸測(cè)試方法國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)IGB/T42271—2022本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC203)與全國(guó)半導(dǎo)體設(shè)備和材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)材料分技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC203/SC2)共同提出并歸口。本文件起草單位：北京天科合達(dá)半導(dǎo)體股份有限公司、中關(guān)村天合寬禁帶半導(dǎo)體技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟、安徽長(zhǎng)飛先進(jìn)半導(dǎo)體有限公司、有色金屬技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院有限責(zé)任公司、中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十六研究所。1GB/T42271—2022半絕緣碳化硅單晶的電阻率非接觸測(cè)試方法本文件描述了半絕緣碳化硅單晶的電阻率非接觸測(cè)試方法。本文件適用于測(cè)量電阻率范圍為1×10?Ω·cm～1×1012Ω·cm的半絕緣碳化硅單晶片。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文本文件。GB/T14264半導(dǎo)體材料術(shù)語(yǔ)GB/T30656碳化硅單晶拋光片GB/T14264界定的術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。4原理非接觸式電阻率測(cè)試采用電容充放電原理。首先對(duì)樣品進(jìn)行瞬時(shí)充電，再利用儀器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)放電過(guò)程中的電量，從而得到其變化的弛豫曲線，之后對(duì)該曲線進(jìn)行數(shù)學(xué)分析得到弛豫時(shí)間(t),最后通過(guò)弛豫時(shí)間(t)計(jì)算出半絕緣碳化硅單晶的電阻率。5試驗(yàn)條件6干擾因素6.3樣品表面、吸附載物臺(tái)及測(cè)試探頭上的顆粒沾污會(huì)影響半絕緣碳化硅單晶片的電阻率，測(cè)試前應(yīng)2GB/T42271—20227儀器設(shè)備7.1探頭：電容式探頭裝置基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中處于探頭中心的是電荷放大器電極，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電量變化，其直徑為1mm。標(biāo)引序號(hào)說(shuō)明：1——電極；2——金屬環(huán)；3——吸附載物臺(tái)；4——碳化硅單晶片；5——氮?dú)?空氣)層；6——測(cè)試區(qū)域。圖1電容式探頭裝置基本結(jié)構(gòu)示意圖7.2步進(jìn)電機(jī)。7.3數(shù)字示波器。8樣品8.1半絕緣碳化硅單晶片的樣品直徑為50.8mm、76.2mm、100.0mm、150.0mm、200.0mm,樣品厚9試驗(yàn)步驟使用砷化鎵標(biāo)樣晶片進(jìn)行設(shè)備校準(zhǔn)。調(diào)整Z軸的最大行程及氣體(氮?dú)?空氣)流量，使電容上的瞬時(shí)電壓為0.75V(砷化鎵的活化能為0.75V),確定Z軸的最大行程及氣壓設(shè)定正確，測(cè)得的砷化鎵標(biāo)樣晶片電阻率的值與標(biāo)準(zhǔn)值的差應(yīng)在誤差范圍內(nèi)。注：活化能指電子從基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)所需要的能量。9.2測(cè)試9.2.1將待測(cè)樣品放置在吸附載物臺(tái)上，打開(kāi)真空吸附泵并開(kāi)啟計(jì)算機(jī)軟件。9.2.2根據(jù)待測(cè)樣品的尺寸選擇對(duì)應(yīng)的程序文件，選擇晶片材料類型為碳化硅，輸入樣品編號(hào)、樣品厚3GB/T42271—2022度及測(cè)試點(diǎn)數(shù)，點(diǎn)擊開(kāi)始測(cè)試，探頭將在電機(jī)的控制下自動(dòng)移動(dòng)到待測(cè)位置。9.2.3計(jì)算機(jī)根據(jù)測(cè)試需求將待測(cè)樣品表面劃分成若干個(gè)等面積的測(cè)試區(qū)域(見(jiàn)9.3),并控制儀器依次測(cè)試這些區(qū)域的電阻率。測(cè)試點(diǎn)邊緣去除區(qū)應(yīng)符合GB/T30656的要求，測(cè)試點(diǎn)分布如圖2所示，具體測(cè)試點(diǎn)個(gè)數(shù)及要求應(yīng)符合表1的規(guī)定，圓內(nèi)每個(gè)網(wǎng)格的中心為測(cè)試點(diǎn)。50.8mm:不少于4×4個(gè)點(diǎn)150.0mn:不少于12×12個(gè)點(diǎn)<1120>4/<1100>表1不同直徑碳化硅單晶片電阻率測(cè)試點(diǎn)的個(gè)數(shù)及要求半絕緣碳化硅單晶片直徑測(cè)試點(diǎn)個(gè)數(shù)測(cè)試點(diǎn)要求不少于4×4個(gè)點(diǎn)10mm,圓內(nèi)每一行網(wǎng)格的右側(cè)為起始測(cè)試點(diǎn)不少于6×6個(gè)點(diǎn)不少于8×8個(gè)點(diǎn)不少于12×12個(gè)點(diǎn)不少于16×16個(gè)點(diǎn)4GB/T42271—202210試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理10.1弛豫時(shí)間按公式(1)計(jì)算：t=R.(C。+C.)……(1)式中：t——弛豫時(shí)間，單位為秒(s);R,——晶片的電阻，單位為歐姆(Q);C。——探頭與晶片之間的氣體(氮?dú)?空氣)電容，單位為法拉(F);C、——晶片的電容，單位為法拉(F)。10.2加入恒定的外加電壓(U)時(shí)，瞬態(tài)電量[Q(t)]按公式(2)計(jì)算：式中：Q(t)—-—時(shí)間t時(shí)的晶片兩端的瞬態(tài)電量，單位為庫(kù)侖(C);C——探頭與晶片之間的氣體(氮?dú)?空氣)電容，單位為法拉(F);C,——晶片的電容，單位為法拉(F);e——以e為底的指數(shù)函數(shù)，數(shù)值約為2.71828;10.3由電阻定律和晶片電容公式可得到公式(3):R.Cs=EEop式中：R?！碾娮瑁瑔挝粸闅W姆(Ω);C、——晶片的電容，單位為法拉(F);E——測(cè)試碳化硅的相對(duì)介電常數(shù)；Eo——真空介電常數(shù)，數(shù)值為8.85×10-14F/cm;p——晶片的電阻率，單位為歐姆厘米(Ω·cm)。10.4半絕緣碳化硅單晶的電阻率(p)按公式(4)計(jì)算：式中：Q(0)——時(shí)間t=0時(shí)晶片兩端的瞬態(tài)電量，單位為庫(kù)侖(C);Q()——時(shí)間t=一時(shí)完全放電后晶片兩端電量，單位為庫(kù)侖(C);t——弛豫時(shí)間，單位為秒(s);E0——真空介電常數(shù)，數(shù)值為8.85×10-1?F/cm;e——測(cè)試碳化硅的相對(duì)介電常數(shù)。11精密度選取3片直徑為100.0mm,電阻率范圍為1×10?Ω·cm～1×1012Ω·cm的半絕緣碳化硅單晶5GB/T42271—2022片，采用非接觸式電阻率