【电子行业标准(SJ)】 碳化硅单晶材料电学参数测试方法

中华人民共和国电子行业军用标FL5971
SJ208582002
碳化硅单晶材料电学参数测试方法Measuring methodsforelectrical parameters ofsilicon carbide single crystal material2002-12-12发布
2003-05-01实施
中华人民共和国信息产业部批准1范围
主题内容
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测试方法Measuringmethodsforelectricalparametersofsilicory carbide single crystal materialAD
本标准规定了碳化硅单晶材料的更限1.2适用范围
本标准适用于温度在20起
霍尔迁移率测量。
2引用文件
GB/T4326
3定义
本章无绒
一般要求
测量的
淮大气
环境温度：is
b.相对湿度：
围内的4H-SiC，6H-
SJ20858-—2002
碳化硅体单品材料的电阻率、
主移率和霍尔系数的凝方法
4.2测量环境条性
所有测试均应在无强机糖冲击、无振动，无电磁干扰和无有声气氢数活沙实验室内进行。MANFORMATY
5详细要求
5.1方法提要
SiC材料的电阻率和霍尔系数的测量在法对于任意形状、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1。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(2)可得到电阻率和崔尔系数。将电阻率、截尔系数代入公式(3)可计算出材料的翟尔迁移率。p=
中华人民共和国信息产业部2002-12-12发布t.y
TIKAONTKAca
2003-05-01实施
式中：
一电阻率，2cm；
-霍尔系数，cmIC：
霍尔迁移率，cm/v.s；
样品厚度，cm；
VH—霍尔电压，V;
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VDc.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
-垂直于样品的磁通量，T：
范德堡修正因子，见附录A。
(a)圆形
5.2仪器、设备
5.2.1制样设备
5.2.1.1蒸发或溅射台
(b）四叶形
(c)方形
典型范德堡样品及电极位置
用于制备金属膜，真空度应不低于10Pa。5.2.1.2合金炉
(d)矩形
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10Pa。5.2.2几何尺寸测量器具
千分尺、读数显微镜或其它测量工具，测量器具精度应达到土1%。5.2.3霍尔测试系统
5.2.3.1恒流源
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
测量样品电压，精度优于土0.5%，电压表的输入阻抗应为被测样品阻抗的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0.2T～1.0T，在样品所处范围内，磁通密度均2
性优于土1%。
5.2.3.4开关矩阵
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用于改变样品中电流流通方向和测量相对应电极的电压，开关矩阵应具有良好的绝缘性和可靠性。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。样品室要求温度可调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宜于样品表面的磁场。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、引线等有关部件在高温下不被氧化。5.2.4.1控温装置
控制样品室温度，控温精度优于土0.5℃。5.2.4.2测温装置
用于测量样品温度，测温装置中的温度传感元件应尽量靠近被测样品，以保证测量温度与样品温度的一致性。
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
利用蒸发、溅射等技术在样品适当位置制备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
被测样品应为厚度均匀且无空洞的单品。尽选取对称性好的样品，样品周长Lp应不小于1.5cm，厚度t应不大于0.1cm。典型试样图形见图1。5.3.2样品的清洗
样品依次用丙酮、酒精超声清洗。5.3.3金属薄膜的制备
5.3.3.1制备掩膜
依据样品的形状、尺寸制备掩膜，把电极区域以外的样品表面覆盖起来。5.3.3.2制备金属膜
对N型SiC用Ni（或Ni-Cr合金）作为欧姆接触材料，P型SiC用A1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900℃±20℃，对于P型SiC合金温度1000℃±20℃，恒温时间约5min。5.3.3.4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
-TiKAONIKAca-
5.4测量程序
5.4.1样品安装
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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，也可利用探针等其它方法完成电极与测量端的连接。测量系统连接如图2。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。设定测量温度，待温度稳定后，在零磁场下开始测量电阻率。在测量过程中，样品环境温度应保持恒定。
电压表
恒流源
电流表
图2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V，（+），改变电流方向得到V（-)，在四个电极中循环此过程，依次得到V2（+)、Vz（-)、V，（+）、V（-）、V（+)、V.（-)，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，在垂直于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-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V（B.，I.）、V（B+，1.)、V（B，I)、V（B，1.)。用另一对电极通电流，可获得另-组数据V,（B+，I)、Vz（B+，I)、V2（B.，I)、V, (B,14)。
5.5结果计算
5.5.1电阻率的计算
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：tR+R
其中：
5.5.2截尔系数的计算
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R +y()+()+y()+()
R, -4(0)+v:()+v()+v0)www.bzxz.net
将按5.4.3测量得到的数据进行处理，可分别得到VHI、VH2和VH、即V (B.)-(B,)+V(B.,1)-(B,1)
V(B,1.)-V,(B,1.)+V.(B-,1.)-V,(B-,1.)4
SEANGARDS
把V带入公式（2)中）
5.5.3霍尔迁移率的洗算
将求出的样品史阻率P和霍尔系数R代入公式(3)，可得到霍尔还移率μH。变的计算
5.5.4载流子浓度
求出的样品
将按5.5.2
式中：n(p)
5.5报告
载流子浓
试报告应包
日期；
操作者和测试单容
样品编号、
环境温度、湿度：
测试仪器型号：
样品温度：
测量结果。
6说明事项
公式（10）即可计
密缎流子浓度n或p：
LSnaNT
INFORMAT
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，要求样品温度在测量过程中保持恒定，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，避免漏电的发生。6.3SiC材料同型异构体较多，不同的异构体性质不尽相同，电极制备材料及工艺也有一定差别。相5
TKANKAa-
SJ208582002
同的SiC材料也会有多种电极制备方法，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，都为可行的电极制备方法。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备电极，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，样品电极的引出及引线与样品架的连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式，通常选用的锡、钢等低熔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噪比的前提下，测量电流应尽量小，通常外加样品上的电场应小于1V/cm，以避免注入现象的发生。A.1T因子计算公式：
范德堡修正因子/按公式A1计算。R,-R,
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附录A
(参考件)
式中：
厂范德堡修正因子：
R--Vpc IIAB;
R--VcB IIAD
A.2「因子对9的函数关系图
f因子对Q的函数关系如图A1所示。当R/R≥1时Q=R/R2：当R,/R<1时，9=R,/R1.0
图A1因子对9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：王良、段曙光、郑庆瑜。本计划项目代号：B05001。
HTiKAoNiKAca-
中华人民共和
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1/16印张：
开本：880X1230
2003年4月第一版
字数：18千字
2003年4月第一次印刷
版权专有
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