【电子行业标准(SJ)】 决绝缘砷化镓单晶微区均匀性测试方法

中华人民共和国电子行业军用标准FL5971
SJ20844—-2002
半绝缘砷化单晶微区均匀性测试方法Test method for microzone homogeneity of semi-insulatingmonocrystal gallium arsenide2002-10-30发布
2003-03-01实施
中华人民共和国信息产业部批准1范围
中华人民共和国电子行业军用标准半绝缘砷化镓单晶微区均匀性测试方法Test method for microzone homogeneity of semi-insulatingmonocrystal gallium arsenide1.1主题内容
SJ 20844--2002
本标准规定了半绝缘化晶片中电阻率，碳浓度，EL2漆度和PL谱微区均匀性测量方法。1.2适用范围
本标准适用于半绝缘化镓嘉片中电阻率、碳浓度、EL2浓度和PL谱微区均勾性的测定。2引用文件
GJB1927--94化镓单晶林料溉试方法GB/T17170-1997，非技杂能劲缘群化缘单最深能级EL2浓度红补极改测试法SJ20635--199半继缘神化臻剩奈杂质装度微区试验方法3定义
3.1EL2浓度EL2concentration
EL2是砷化中→种本征缺陷，EL2浓度是这种缺陷在种靴镓体内浓接，3.2碳受主浓度carbon accenter.concentratiarf碳是砷化镓中一种最要的甩活性中龙碳在神化镶中主妻以活据砷位的受主形式存在，所引起的能级位置在价带之上0.025处
3.3光致发光谱（PL谱y”photoluminescence spectrum当激发光照射到被测样品装面时，材料出现本征吸收，而且产生火量的子一空穴对，它们通过不同的复合机理进行复合，产生光发射：发射光在逸出表面前会受到样品本身的白吸收，逸出表面的发射光经会聚进入单色仪分光，然后经探溯器接收井放大，得到发光强度接为子能量分布的曲线，即光致发光谱。
4一般要求
4.1测量的标准大气条件
a．环境温度：18℃～25℃：
b，相对湿度；≤70%。
4.2测量环境条件
测量实验室不允许有机械冲击和振动，也不允许存在电磁干扰，洁净、无腐蚀性气体，以确保测量精度。
中华人民共和国信息产业部2002-10-30发布riKAoNiKAca-
2003-03-01实施
详细要求
SJ20844—2002
本标准采用独立编号方法，将四种测试方法列为：方法101半绝缘砷化镓品片中电阻率徽区均匀性测试方法：a，
方法102
半绝缘化镓晶片中碳浓度微区均匀性测试方法：方法103半绝缘碑化镓晶片中EL2浓度微区均匀性测试方法：方法104半绝缘砷化镓品片中PL谱微区均匀性测试方法。1方法提要
SJ 20844—2002
方法101
半绝缘砷化镓晶片中电阻率微区均匀性测试方法如图101-1所示，半绝缘砷化镓单晶微区电阻率二维分布测量采用三电极保护法测量结构，在晶片上制作280μm（或140μm）的测量结构阵列，在一定的测量间隔下，通过分别测量各测量结构所在区域的电阻率得到材料在该分辨辩率下的微区电阻率分布。由于半绝缘材料电阻率与温度有关，在不能保证恒温测量的条件下，须作温度的归一修正。1280μmm
图1011三电极保护法测量结构示意阁2测量仪器
2.1制样设备，可对50mm以上晶片进行微电子树.。2.2测量系统，系统具有白化数据荐储和数据处理的功能。：2.2.1样品微动台行程不小于100mm，分辨率优卡sbpm：精度优丁m，重复性优于0.5μm。2.2.2电流计，量范围10班A10%A精度优盗0.5%2.2.3电压源，0V30V可谐，纹液机%2.2.4温度计，测量范围10℃~40℃精度优0.5℃。2.2.5千分尺，精度优于0.01,mm。3试样制备
3.1测量样品为双面或单面抛光品片厚度不大于0.7mm厚度不均勾性小于0.5%。为了节省时间可取1/4圆片作为测量样品：当对多个样品测量结果进行比校时，取样位置应该一致。3.2根据图101-1所示电极尺寸，制作版图。3.3采用金-锗一镍合金在晶片两面制备欧姆接触电极，然后再蒸金。3.4用掩膜蒸发或先蒸发后光刻的方法，在晶片表面制备测量结构阵列，阵列方向应尽量与参考面平行：测量结构应完整，上表面边缘处留约1mn的空限，下表面的电极应覆盖整个晶片。3.5蒸发了电极的晶片在真空或氮气保护下合金形成良好的接触电极。4测量程序
4.1测量环境温度应保持在23℃±2℃，相对湿度小于70%。4.2用干分尺量样品厚度。
4.3将样品置于样品微动台上，调整样品位置使其测量结构阵列的排列方向与探针的运动方向一致，固定好样品，然后用丙嗣、无水已醇擦洗上表面，使表面清沾无污染，凉干备用。3
HiiKAoNiiKAca
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4.4设定电压源电压为20V左右，电流测量范围为纳安级，选择样品中的几个点进行测试，注意观察样品电流的大小和测量的弛豫时间。4.5将探针对准样品上相对坐标原点，根据测试情况，在自动测量程序中设定坐标原点、步距、行程范围、测量电极直径、样品厚度、电压源电压、测量电流范围及测量的驰豫时间，启动测量程序开始测量，测量程序根据测量时的电压、电流参数计算得到采样点处的微区电阻率，并与采样点的相对坐标及采样时的温度一起存入磁盘。测量系统应在测量开始前预热1h。4.6对于采样点数非常多的样品的测量可分段进行，但采样点的坐标必须衔接。5结果计算
5.量结果包括电阻率的平均值、最大值、最小值、标准偏差、相对标准偏差及微区电阻率二维分布图。根据材料生长和器件生产的需要，测量数据采样范围只取距晶片周边3mm以内的数据，如图101-2所示。Bmm
图101-2取样范围
由于制样工艺比较复杂，制样过程中个别测量结构不完整或电极之间发生短路会使测量过程中个别采样点的数据产生异常，同时由于测量的采样点数多，测量时间长，测量温度变化比较大，因此测量结果必须在对测量数据进行了温度的归一修正和根据样品测量情况对异常数据剔除后方可得出。5.2电阻率按下列公式进行计算：p, =nry
式中：P—采样点处的电阻率，α.cm;厂—测量电极半径，cm：
一测量电压，V；
D——-样品厚度，cm：
1—采样点处的测量电流，A。
(101-1)
5.3当不能保证恒温测量时，应对测量数据作温度归一修正，归一到基准温度的电阻率按下列公式计算：Pr= pref 4B/k (1/1-1/T)]
式中：—一归一到基准温度的电阻率，a.cm;P-——实际测量的电阻率，2.cm：AE电阻率表观激活能，取0.75eVK——波尔兹曼常数，8.617X×10*eV/KT测量时的实际温度，K;
T-归一修正采用的基准温度，K。当需对多个样品测量结果进行比较时，应采用同一基准温度（300K）进行归一修正。4
（101-2)
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5.4微区电阻率二维分布图。根据各采样点微区电阻率值和其相对坐标可以作出晶片电阻率的二维分布图形，图形用彩色或灰度表示各采样点的电阻率相对于电阻率的平均值的百分偏差。采样点的电阻率相对于电阻率乎均值的百分偏差按下列公式计算：le-p
式中：PD—采样点的电阳率相对于电阻率平均值的百分偏差，%;一电阻率平均值，2.cm
Pi——采样点的电阻率，.cm。
5.5电阻率乎均值按下列公式计算：o
式中：p-
一电阻率平均值，Pcm;
p采样点的电阻率，.cm
——采样点的总数。
5.6标准偏差按下列公式计算：
式中：SD——电随率分布的标推偏差：2temp-电阻率邮均值笔oem：
e—一采样点的电阻率，em
n-—采样点的总数。
5.7相对标准偏差按恶列公式计算：式中：CV相对称谁偏差，%
电阻率分布的标准偏差，.cm：
p-电阻率平均值，acms
6报告bZxz.net
测量报告应包括如下内容：
测试日期；
(101-3)
(101-4)
(101-5)
(101-6)
操作者和测试单位：
测量结渠，包括；电阻率的平均值、最大值、最小值、标准偏差、相对标准偏差及微区电阻率二维分布图：
试样数量及编号：
试样种类、尺寸、取样方法：
测试仪器型号。
7精密度
本方法相对标准偏差不大于10%。3
irKAoiKAca-
1方法提要
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方法102
半绝缘化晶片中碳浓度微区均句性测试方法本方法规定了半绝缘砷化镓晶片中碳浓度微区径向分布测晕选点方案。在规定的测量位置，用红外吸收方法测定半绝缘砷化镓晶片中碳浓度，并将碳含量值代入计算公式，求出碳含量微区径向百分变化及相对标偏差。
2测量仪器
2.1波长在2.5um～25um范围的红外分光光度计或傅里叶变换红外光谱仪，仪器的最低分辨应优于1.0 cml。
2.2红外显微镜，该显微镜带有可沿X-Y方向精确移动的机械载物台，测量光孔可调。2.3千分尺，精度优于0.01mm。
3试样制备
3.1试样厚度为4.0mm~10.0mm
3.2试样经双面机械抛光或化学抛光后，使两表面呈光学镜面。3.3试样总厚度变化应不大于10um。4选点方案
4.1选点位暨见图102-1，根据试样直径大小选取不同数目的测量点（一个中心点和多个等间距点）。4.2中心点的位置，选在任意两条至少成45°相交的直径的交点上，偏离试样中心不大手1.0mm。4.3各等间距点的位置：选在与主参考面平行无副参考面一侧的半径上，从距边缘4.0mm的第一点起，间距为1.0mm2.0mm，依次到距试样中心小于0.25mm不能再选取为止。urtot
主参考面
图102-1半绝缘砷化镓晶片中碳浓度微区径向分布测量选点位置示意图5测试程序
5.1借助于目镜，将红外显微镜的测量光阑孔径调到250um×250um。用手轮调节载物台，在照明光路的帮助下，通过目镜观察试样，按照选点方案精确调整测量位置。5.2按SJ20635中方法101测定碳含量。5.3在测量过程中，测量条件和仪器的参数应保持不变。6
6结果计算
SJ 20844--2002
6.1碳含量微区径向百分变化按下列公式计算：ROV - NICl-NICln
式中：ROV-
MC]max
碳含量微区径向百分变化，%：
各点碳含量中的最大值，at.cm；MClmin —各点碳含量中的最小值，at.cm\;MCJc-中心点碳含量，at.cm。
6.2碳含最微区径向相对标准偏差按下列公式计算：-x100%
Z(M[c)-M
式中RSD
碳含量微区径尚相对标准偏差%
N[C --径向第i点碳奔含量：at.cm\MC---碳含量平均值，at.cm
N羟向测量点数。
7报告
测量报告位包括如们内容！
测试白期
操作者和测试单位：
碳含量平均值：
碳量微区径向点分变化及相对标准偏萃各测量点碳含量！
试样数量及编号：
试样状况(虚度、直轻型萃尚和表面状态)：.Nc
测试仪器型号、选用参数、显微镜测量光阑孔径和测试距。8精密度
本方法相对标准偏差不大于路
-iiiKAoNnikAca
(102-1)
(102-2)
1方法提要
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方法103
半绝缘砷化缘晶片中EL2浓度微区均匀性测试方法本方法规定了半绝缘砷化镓品片中EL2浓度微区径向分布测量选点方案。在规定的测量位置，用近红外吸收方法测定半绝缘砷化镓晶片中EL2浓度，并将EL2浓度值代入计算公式，求出EL2浓度微区径向百分变化及相对标准偏差。
2测量仪器
2.1分光光度计，能在0.8um~2.5μm范围扫描且零线吸光度起优不大于士0.002。2.2样品架，具有可调功能，光澜孔径为0.2mm×5mm。2.3千分尺，精度优于0.01mm。
3试样制备
3.1试样厚度为2.0mm~4.0mm
3.2试样经双面机械抛光或化学抛光后，使两表面旱光学镜面。3.3试样总厚度变化应不大于10m。4选点方案
4.1选点位置见图103-1，根据试样直径大小选取不同数国的测量点（一个中心点和多个等间距点）。4.2中心点的位置，选在任意两条至少成45°相交的直径的交点上，偏离试样中心不大于1.0mm。4.3各等间距点的位置，选在与主参考面平行无副参考面一侧的半径上，从距边缘4.0mm的第--点起，间距为1.0mm～~2.0mm，依次到距试样中心小于0.25mm不能再选取为止。ot
主参考面
图103-1半绝缘砷化晶片中EL2浓度微区径向分布测量选点位置示意图5测试程序
5.1将光阑孔径为0.2mm×5mm的空样品架置于光路上，按照选点方案精确调整测量位置。5.2按GB/T17170测定EL2浓度。
5.3在测量过程中，测量条件和仪器的参数应保持不变。8
6结果计算
SJ 20844—2002
6.1EL2浓度微区径向百分变化按下列公式计算：ROV MeL2- N(EL2
一EL2浓度微区径向百分变化，%；式中． ROV-
MEL21max
MEL2Jmin
MEL2Jc -
各点EL2浓度中的最大值，cm
一各点EL2浓度中的最小值，cm3：一中心点EL2浓度，cm2。
6.2EL2浓度微区径向相对标准偏差按下列公式计算Z(N,[EL2]- N[EL2]R(n-1
式中：RSD-
一EL2浓度微区径向相对标摊偏差，：N[EL2]——径向第i点E2浓度cm
MEL2]--—EL2浓度平均值cm
7报告
径向EL2浓度测量点数。
测量报告应包括如下为荐：
测试日期！
操作者就测试单位
EL2浓度平均值；
EL2浓度微区径向百分变化及相对标焦偏差：各测量点*
试样数量及编号；
试样状况（厚度：直径：型号、品向和表面状态）辆
×100%
测试仪器型号选用参数、测量光阑孔径和测试间距。精密度
本方法相对标准偏差不太于15%，-iiKAoNiKAca-
(103-1)
(103-2)
1方法提要
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方法104
半绝缘砷化晶片中PL谱均匀性测试方法半绝缘砷化镓PL谱均匀性量采用快速扫描光致发光技术。在固定的激发光照下（570nm），测量样片表面各点炭光强度的变化，用以直观地反映发光中心浓度的变化。2测最仪器
快速扫描光致发光荧光谱仪。
3试样制备
3.1测量样品为抛光品片。
3.2样品厚度不均匀性小于0.5%。4测量程序
4.1打开仪器，稳定30min。
4.2将清洁的样品置于进样台，并由计莞机控制进出样品。4.3设置测量参数，在自动测量程序中设定测量分辨率、光栅、滤光片、扫描速度等。4.4对样品进行扫描领量。
5结果计算
5.1测量结果包括PL强度的平均值、最大值、最小值、标准偏差及PLMapping图。测量数据采样范围根据需要设定。
5.2PL强度乎均值按下列公式计算：n
式中：α-PL强度平均值，mV；
gj----采样点的PL强度，mV；
采样点的总数。
5.3PL强度相对标准偏差按下列公式计算：RSD
式中：RSD
6报告
PL强度相对标准偏差，%
PL强度平均值，mV；
采样点的PL强度，mV：
采样点的总数。
测试报告应包括如下内容：
测试白期：
(104-1)
(104-2)
操作者和测试单位；
SJ 20844—2002
PL强度的平均值、最大值、最小值、标准偏差及PLMapping图：试样数量及编号：
试样状况（厚度、直径、型号、晶向和表面状态）：测试仪器型号、选用参数、和测量点数。精密度
本方法相对标准偏差不大于10%。附加说明：
本标准由信息产业部电子第四研究所门口。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：汝琼娜、何秀坤、段曙光、施亚坤。计划项目代号：B05004。
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