【电子行业标准(SJ)】 砷化镓和磷化铟材料补偿度的测试方法

中华人民共和国机械电子工业部部标准砷化镓和磷化铟材料补偿度的测试方法1主要内容与适用范围
SJ3244.5—89
1.1主题内容本标准规定了砷化镓和磷化钢材料确定补偿度的测量原理，仪器设备、样品制备及测试分析方法。
1.2适用范围本标准适用于n型、P型砷化和磷化钢单晶及高阻衬底外延层，载流子浓度在1×101～5×1015cnl-3范围的半导体材料的补偿度的测试分析。原则上也适用于其他且一V族化合物材料补偿度的测试分析。2引用标准
SJ3244.1“化镓和磷化钢材料霍尔迁移率和载流子浓度测试方法”测量原理
利用载流子浓度与温度变化关系的电中性方程，对n（P）一T-1关系曲线进行计算机拟合分析，从而得到补偿度。电中性方程为：（以n型样品为例）n(n+NA)
N-NA-n
其中：
Ne=2(2nma kT
电离化杂质浓度关系有：
n300=Np-NA
式中：n8载流了浓度；
Rl一霍尔系数；
e一电子电荷
Nc一有效态密度；
N，一施主杂质浓度，
NA受主杂质浓度，
E,一浅施主杂质电离能，
ma一电子有效质量，
k一玻尔兹曼常数
h—普朗克常数
一霍尔因子，
cm3/C,
gA一能级简并因子（因材料而异）中华人民共和国机械电子工业部1989-03-20批准(-Ei/kT)
（2）
（3）
1989-03-25实施
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n300一为温度T=300K时的载流子浓度。cn-3.由公式（1）、（2）、（3）利用最小二乘法原理，并适当调整gA、m、N,、NA，Ei五个量作数挪拟合，得到补偿度K。K,-V/Na
Kn=NA/N,
计算机拟合分析方框图见附录八。(P）型
(n）型...
（4）
本方法是利用SJ3244.1标准，对样品作变温测量。由公式（6）n=r/eRH·（6）计算测试数，得到n一T-1关系曲线的。4仪器及设备
4.1对于样品处于低阻情况下，测试系统按SJ32441标准进行（样品架除外）。4.2当样品呈现高阻或半绝缘时，采用差分静电计技术。B
静电计
静电计
图！差分静电计技术测量示意图电源
单通道静电计或双通道静电计输入阻抗应大于10129，恒流源输出阻抗应大于101294.3测温控温装置
控温装置由DWT--702精密温度控制器改装而成。温度控制方框图见附录B，温度测最在低温段可选册铂电阻温疫计、碳电阻温度计、佬一铁电阻温度计或金一铁热电偶等：在高温段可选用铜一康铜热电偶。测量温度范围为4.2~400K
在低温区控温精度为土0.05K
在高温区控温精度为土010K。
4.4样品架
样品架见图2。
黄铜套
薄绝缘层
抽真空
温度计
8oo88g
样品架示意图
加热炉
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用黄铜（或不锈钢）制成。其中加热系统有热沉（用紫铜材料）、加热炉（高、低温区应选用不同加热功率、加热丝应无感应缠绕）、温度计（置于热沉内，以指示样品温度）。样品应贴紧绝缘层，样品架外有黄铜真空封套（真空度达0.1Pa）、引线之间和电极之间要求高绝缘。各部件要求能耐高温（4.2K）、高温（400K）。4.5杜瓦瓶：
瓦瓶可以是石英玻离或非磁性金属材料加工成能置入磁极间。并能放入样品架的状，要留有观察窗口。一般为上粗下细。在使用液氨时，应用双层杜瓦瓶。外杜瓦装液氮（保温用），内杜瓦装液氮，瓶口加盖。
4.6磁体
磁极间距大于5cm，可调；
磁场强度0~10000G，可调
磁场不均匀性应小于1%。
5样品制备
样品制备按SJ3244.1中的要求进行6测试步骤
6.1测试环境：为了保证测试系统不受外界电磁信号干扰。测试应在屏蔽室中进行，测试环境应保持恒温（2530°C）恒湿（<60%），保证测试设备绝缘性能良好及样品表面无漏电。
6.2将处理后表面清洁、干燥无表面漏电的样品，放置在样品架上，密封置于磁体间杜瓦瓶中，位在磁极中央，磁场应垂直样品表面6.3样品室抽真空达0.1Pa
6.4加液氮、液氨，使样品架系统温度下降。6.5根据样品要求选定起始温度，龙进行温度控制，待温度稳定后进行测量。6.6加磁场作霍尔系数RH测量。
低阻详品测量，按SJ3244.1方法进行。高阻样品测量，要注意共模电压的抑制，要选择好合适的接地点，以保证测量读数稳定。
若选双通道静电计系统，测量过程与低阻测量时相同，若采用单通道静电计系统，则需进行两次电位测量，两电压相减得到电位差。6.7设定下一个温度点.待温度稳定后，重复6.6步骤，直到测完全温区，得到n一T1关系曲线为止。
6.8为减小误差，变温测量在低温区取点要密，五一T~1测量曲线要求呈现明显的去离化过程（以曲线光滑，不出现扭曲为好）7数据处理
7.1将不同温度下，所获得测量数据，利用SJ3244.1中的公式，进行计算，并用因子进行修正（对碑化、磷化钢可取丫一1）。3-
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7.2利用载流子浓度与温度变化关系的电中性方程进行计算机拟合分析，得到补偿度K。7.3测试报告
测试报告应包括如下内容：
样品来源，
样品编号：
测试条件，
测试曲线及分析结果；
测试者姓名，测试单位
测试日期。
附录A
计算机拟合分析方框图
（参考件）
xax,+sp
XX+IIP
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缩人数据
n(n+NA)
AThiexp!
a-NePi
和用最小二具限连的是适代内子P设定选代步长H-0.1
S=2H(+1)
Xex-EP
(ayst)
S=0.5F(0/(2s-FI-2F(25-2H)+F(2S-31)F。-2F,+F,
X+(S-S,P,
NoN)X,
N,-N,-X, AE/K-X
控温度计
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附景B
温度的控制与测
（参考件）
计算机
电限网路
微优放大
PID简节
可控硅执行器
电压表
测盘温度计
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附录C
实验举例
（参考件）
对n型鸿化像材料做变温Hal1测量，得到载流子浓度和温度的关系，数据如下：下载标准就来标准下载网
(cm-\)
×131a
×101s
×10t4
×1018
×1014
根据本标准提供的方法，对上述数据做计算机拟合分析，得到补偿度Kn=N/N，=48.2%拟合过程中同时确定出杂质激活能E，，该值与文献发表的数值是吻合的，拟合曲线见图。
n型砷化镓
L00/T(k)
附加说明：
Eb2.642-03(EU)
Na/Np=48.2%
LG(N)n(Cn1-3)
图C让算机拟合曲线
本标准由机铖电子工业部第四十六研究所负资起草本标准主要起草人张又立、孙毅之、谢重术7
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