ЧЕТЫРЕХЗОНДОВАЯ ГОЛОВКА

Удельное сопротивление полупроводниковых пластин, а также поверхностное сопротивление диффузионных, ионно-имплантируемых и металлизационных слоев обычно определяют четырехзондовым методом при помощи устройств с четырехзондовой головкой [1-3]. Конструкция устройства с четырехзондовыми головками обычно состоят из пластины твердого изоляционного материала, как правило - рубина или сапфира, в котором созданы четыре отверстия, куда вставлены зонды из твердого сплава типа карбида вольфрама, касающиеся измеряемого образца при опускании головки на образец. Зонды четырехзондовой головки могут располагаться, как на прямой линии, так и не на прямой линии, например - по углам квадрата [1]. Погрешность измерений зависит от колебаний межзондового расстояния, так как, с одной стороны, зонды должны свободно перемещаться через отверстия в твердом материале, а с другой стороны при этом могут возникать изменения межзондового расстояния. В связи с этим конструкции с прецизионными четырехзондовыми головками являются сложными и дорогостоящими устройствами.
Целью предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции и повышение точности измерений удельного сопротивления пластин и полупроводниковых структур.
Технический результат, получаемый при реализации предложенной полезной модели заключается в том, что предлагается конструкция, в которой три зонда, расположенные не на прямой линии, выполняются без возможности перемещения через основание, на котором они закреплены, а четвертый зонд выполняется с возможностью перемещения относительно основания, но выполнен таким образом, что даже перемещение с допустимым люфтом влияет на точность измерений гораздо слабее по сравнению с традиционными четырехзондовыми головками.
Предлагаемая полезная модель конструкции устройства с четырехзондовой головкой состоит из основания и четырех зондов, расположенных не на одной линии, и отличается тем, что три зонда зондовой головки жестко связаны с основанием и выступают за пределы нижней плоскости основания, а четвертый зонд зондовой головки выполнен с возможностью перемещения относительно плоскости основания и расположен на одинаковом расстоянии от двух других зондов, которые служат для измерения падения напряжения между зондами.
Идея конструкции полезной модели четырехзондовой головки иллюстрируется фиг.1.
На фиг.1. показаны четыре зонда четырехзондовой головки 1, 2, 3, 4, где зонды 1 и 4 предназначены для пропускания через них тока, а на двух других зондах 2 и 3 измеряют падение напряжение между этими зондами. Зонды 1, 2 и 3 закреплены жестко на основании 5 и выступают за пределы плоскости этого основания. Кроме того, как видно на верхней части фиг.1, они расположены по углам прямоугольника. Четвертый зонд 4 выполнен с возможностью перемещения через вставку 6 и располагается на одинаковом расстоянии от зондов 2 и 3. На фиг.1 - показаны также выводы 7, 8, 9 и 10, соединяющие зонды головки с элементами электрической схемы, состоящей из источника и измерителя тока, который пропускают через зонды 1 и 4 и измерителя напряжения, измеряющего напряжение между зондами 2 и 3 (элементы электрической схемы на фиг.1 не показаны). На фиг.1, кроме того, показан упругий элемент 11, жестко связанный с основанием 5 и создающий давление на головку 4 при опускании зонда 4 на поверхность измеряемого образца 12.
Жесткая конструкция трех зондов, закрепленных на основании, исключает погрешность за счет люфтов, а расположение зонда 4 на равном расстоянии от потенциальных зондов 2 и 3 резко уменьшает погрешность даже при наличии люфта при перемещении зонда 4 внутри вставки 6.
1
1
Для традиционной головки с зондами, расположенными в линию с расстояниями между зондами S при смещении токового зонда вдоль линии, соединяющей зонды, на 0,02S относительная погрешность составляет 0,73%, но при смещении хотя бы одного потенциального зонда на 0,02 S относительная погрешность составляет уже 2,2%.
1
1
Для предложенной головки при расстоянии зонда 4 от линии, соединяющей зонды 2 и 3 на 3S и при смещении зонда 4 на 0.02S параллельно этой линии относительная погрешность составляет 0,51%. При смещении зонда 4 по направлению к линии, соединяющей зонды 2 и 3 погрешность при любом смещении равна нулю.
Литература
1. Батавин В.В., Концевой Ю.А., Федорович Ю.В. Измерение параметров полупроводниковых материалов и структур. М: Радио и связь. 1985. - 264 с.
2. Стандарт ASTM F 84 «Стандартный метод измерения удельного сопротивления кремниевых пластин с использованием четырехзондового устройства с линейным расположением зондов».
3. Стандарт ASTM F 374 «Стандартный метод измерения удельного сопротивления кремниевых эпитаксиальных, диффузионных и ионно-имплантированных слоев четырехзондовым методом»