SJ 20858-2002 碳化硅单晶材料电学参数测试方法.pdf

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1、华FL 5971 主K.;、E3 日日SJ 20858 2002 Measuring methods for electrical parameters of silicon carbide single crystal material 2002-12-12发布2003-05-01 实施中华人民共和国信息产业部批;佳中华人民共和国电子行业军用标准碳化硅晶材料电试方法范围1. 1 主题内容本标准规定1. 2 适用本标准适用霍尔迁移率测量。2 引用文件3 定义4 一般要求4. 1 a. b. 4.2 讲l曰5 详细要求5. 1 方法键要Measuring methods for elec甘ica

2、lp盯田netersof silicorr carbide single crystal material 的4H-SiC、霍尔系、无振动，SiC材料的电阻率和SJ 20858-2002 t的电阻率、内进行。对于任意形状、厚度均匀的SiC薄片样品，在样品四周做四个欧姆接触电极A、B、c、D，典型的范德堡样品及电极位置见图10分别测量零磁场和磁场下样品的电流和电压，由公式(1)和公式。)可得到电阻率和霍尔系数。将电F且率、霍尔系数代入公式。)可计算出材料的霍尔迁移率。_ 7!1, f年45L|/. .H 一., , 21n 2 1 AB l AD R =主VH X 10 4 . (2) IB 中

3、业部2002-12-12发布2003-05-01实施1 式中: p一一电阻率，QCID; 霍尔系数.cm3/C, RH 卢n-一霍尔迁移率，edh-tt，一一样品厚度，cm:V一一霍尔电压，V; SJ 20858-2002 IR u I H=二马p Voc. VBC分别表示在DC、BC电极间测得的电压，V:IAB.IAD分别表示AB、AD电极间通过的电流.A; B一一蚕豆子样品的磁通量.T: 乒一一范德堡修正因子，见附录A。B -卡1(3)圆形, (b)四叶形。)方形图1典型范德堡样品及电极位置5.2 仪器、设备5. 2. 1 制样设各5. 2. 1. 1 蒸发成溅射台用于制备金属膜，真空度应

4、不低于10.3Pa. 5.2. 1. 2 含金炉A B D C (d)矩形。 2 . (3) 用于电极烧结，使金属膜与样品之间形成良好的欧姆接触。合金炉腔内环境应为真空或充保护气体，如为真空状态则真空度应不低于10.3Pa。5. 2. 2 几何尺寸测量器具千分尺、读数显微镜或其5.2.3 5.2.3.1 霍尔测试系统恒流源具，为样品提供电流，其电流稳定度应优于土0.5%。5.2.3.2 电压表11士1%。测量样品电压，将度优于土0.5%.电压表的输入阻抗应为被测样品阻扰的103倍以上。5.2.3.3 磁铁可为电磁铁、恒磁铁或超导磁铁，磁通密度范围0.2TI.O T.在样品所处范围内.磁通密度均

5、匀2 SJ 20858-2002 性优于士1%.5.2.3.4 开关矩阵用于改变样品中电流流通方向和1测量相对应电极的电压，开关矩阵应具有良好的绝缘性和I可靠性。5.2.4 样品室样品室由控温装置、测温装置、样品架及机械泵组成。样品室要求温度可谓且能够保证样品温度有一定的稳定度.样品室须由非磁性材料组成，恒温区应足够长，保证被测样品处于同一温度.加热装置如为电阻丝加热则需注意电阻丝的绕制及摆放，避免电阻丝在通电过程中产生垂直子样品表面的磁场.样品室在加热过程中，应保持真空，真空度应不低于0.1Pa.以减小热传导，保证样品电极、寻|线等有关部件在高温下不被氧化。5. 2. 4. 1 控沮装置控制

6、样品室温度，控温精度优于土O.5C。5.2.4.2 测混装置用于测量样品温度，测温装置中的温度度的一致性。5.2.4.3 样品架支撑样品，且使样品电极与测量线有效的连接。5.2.4.4 机械泵为样品室抽真空，确保样品室真空度不低于0.1Pa. 5.3 样品制备品，以保证测量温度与样品温利用蒸发、溅射等技术在样品适当位置制各欧姆接触用金属膜及金膜，把成膜后的样品放进合金炉使其合金化，使金属膜与样品形成良好的欧姆接触。5. 3. 1 样品的选择被扭l样品应为厚度均匀且无空洞的单品。尽量选取对称性好的样品，样品周长Lp应不小于1.5cm.厚度G应不大于0.1cm.典型试样图形见图1 5.3.2 样品

7、的清洗样品依次用丙翻、酒精超声清洗。5.3.3 金属薄膜的制各5.3.3.1 制各掩膜依据样品的形状、尺寸制各掩膜，把电极区域以外的样品表团覆盖起来。5.3.3.2 制各金属膜对N裂SiC用Ni(或Ni.Cr合金)作为欧姆接触材料.P型SiC用Al作为欧姆接触材料。将样品放进蒸发或溅射炉，根据样品的型号制备合适的金属膜。为防止金属膜氧化及便于电极引出，在金属膜表面蒸制一层Au膜。待样品冷却后取出样品并去除掩膜。5.3.3.3 金属膜合金化把成膜后的样品放入合金炉在真空或保护气氛下合金。对于N型SiC合金温度900C土20C.对于P型SiC合金温度1OOOC+20C.恒温时间约5min. 5.3

8、.3.4 样品厚度的测量千分尺、读数显微镜或其它测量工具，测量样品厚度。5.4 测量程序3 SJ 20858-2002 5.4测量程序5. 4. 1 样品安装用压焊或高温导电胶等方法把样品电极用引线有效引出并与样品架的测量端相连，也可利用探计等其它方法完成电极与测量端的连接。测量系统连接如图20样品的摆放应使样品表面与外加磁场方向垂直。5.4.2 电阻率的测量a. 设定测量沮度，待混度稳定后，在零磁场下开始测量电阻率。在测量过程中，样品环境温度向保持恒定。源流恒表流电表压电范德堡样品测量系统连接图b 四个电极中两相邻电极通电流，另两相邻电极用于测量电压，得到两电极间电压差VJ(+), 改变电流

9、方向得到的(-)，在囚个电极中循环此过程，依次得到陀(+)、V2(-)、巧(+)、VJ(-)、V4 (+)、几(-)，所获得的数据皆为电压差绝对值。5.4.3 霍尔系数的测量a. 设定测量温度，使其与测量电阻率的温度相同，保持样品环境温度恒定。b. 在垂直子样品的方向上施加磁场，在四个电极中选定相对的一对电极通电流，测量并记录另一对电极上的电压及电压符号，分别改变磁场及电流的方向，可得到VJ(丘，1，)、VJ(丘，1)、问(B一，1)、VJ(B-. 1.)。用另一对电极通电流，可获得另组数据巧(孔，1.)、巧(孔，川、几(B.)、V2(B. 1.)0 5.5 结果计算5. 5. 1 电阻率的计

10、算将按5.4.2测量得到的数据代入下列公式可计算出电阻率:图2I R. -P =二L|-L|fu. . . (4) ln 2l 2 其中24 SJ 20858-2002 R. =只(+)+只(-)+町(+)+V，(-). . . (5) 41 R咱=V，(+)+V,(-)+ V.(+)+ V.(-) . (6) 41 5.5.2 霍尔系数的计算将按5.4.3测量得到的数据进行处理，可分别得到VHI、VH2和白，即几，1只(B.，l.)-只(B，l_)+只(B_，/_)-只(B_，l+). (7) n. 4 V.句=Y(B.,/.)-V, (B.,l_) + V, (B_ ，!_)-(B_，l+

11、) . (8) n. 4 把VH带入公式(2)中5.5.3 霍尔迁移率将求出的样品5.5.4 将按5.5.2 (9) 誓可MiA际网midhEF旷庐山羊7号?缸，p: RH代入公式(匀，可得到霍尔咱(10) 报告日期;a. b. e. f C. d. 式中z5. 5 g. 说明事项6 一一5 6. 1 由于SiC半导体材料的电参数为温度的函数，因此在进行高温测量时，要求样品温度在测最过程中保持恒定，以减小由于温度起伏造成的测量误差。6.2 为避免外界干扰，样品室等装置应注意屏蔽，系统的连接电缆应尽量短。另外，样品架以及有关部件，要有良好的绝缘特性，避免漏屯的发生。6.3 SiC材料同型异构体较

12、多，不同的异构体性质不尽相同，电极制各材料及工艺也有一定差别。相二一一一一一一SJ 20858-2002 同的SiC材料也会有多种电极制各方法，原则上只要形成欧姆接触，接触电阻与被测样品相比足够小，且所用材料能够耐受测量所需经历的高温，都为可行的电极制各方法。6.4 利用蒸发、溅射等技术制备的样品电极通常在样品表面，因此在不影响电极引线正常引出的情况下，电极的尺寸应尽可能小且尽量靠近边缘。为使f因子接近1.应尽量在样品对称的位置上制各电极，否则测量结果将偏离材料真值.6.5 在高温测量过程中样品室的温度很高，样品也极的引出及引线与样品架的迄接也要考虑高温测量会遇到的问题，选择合适的材料及连接方

13、式，通常选用的锡、锢等低烙点金属会在高温下熔化、蒸发，污染样品及样品室并使连接失效，建议采用机械连接方式。6.6 在保证测量有足够的信躁比的前提下，测量电流应尽量小，通常外加样品上的电场应小于1 V/cm.以避免注入现象的发生.6 A.l f因子计算公式2SJ 20858-2002 附录A f因子(参考件)范德堡修正因子11主公式AI计算。式中:A.2 开一一范德堡修正因子:RI一一-Vj町IIAB;R，-一-VcBIIADf因子对Q的函数关系图R. -R啕f.(lln2 . - = - arcosnl-exp-R, +R, Ig2飞2. 1 . (A.I) f因子对Q的函数关系如图AI所示。

14、当R1IR1二三1时Q=R1 1R ;当R11R11时，Q=RIRI 1.0 0.9 0.8 1 0.7 。.60.5 。.42 4 6 8 2 4 1 1。Q Al f因子对Q的函数关系图附加说明:本标准由信息产业部电子第四研究所归口.本标准由信息产业部电子第四十六研究所负责起草。本标准主要起草人z王良、段曙光、郑庆瑜。本计划项目代号;805001. 6 8 100 7 NOON-回国。Nd中华人民共和国电子行业军用标准碳化硅单晶材料电学参数;g)IJ试方法SJ 20858-2002 * 版刷行出印发中国电子技术标准化研究所中国电子技术标准化研究所中国电子技术标准化研究所电话，(010) 84029065 传真，(010) 64007812 地址:北京市安定门东大街1号邮编，100007 网址:HWcesL acecn * 印张立16 2003年4月第一版2003年4月第一次印刷字数，18千字1/16 开本，880X 1230 版权专有举报电话:(010) 64007804