УСТРОЙСТВО С ЧЕТЫРЕХЗОНДОВОЙ ГОЛОВКОЙ

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]. Конструкции 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.
Однако описанные в литературе устройства с четырехзондовыми головками не пригодны для измерения высокоомных пленок, нанесенных на поверхность мягких материалов, например - на поверхность полиимидных пленок. Острые зонды «протыкают» высокоомную пленку и контактируют с ней по периферии пленки, окружающей поверхность зонда. При этом сопротивление контакта зонда и пленки возрастает настолько, что не удается пропустить ток между токовыми зондами четырехзондовой головки.
Целью предлагаемой полезной модели является создание устройства с четырехзондовой головкой, позволяющей измерять слоевое сопротивление высокоомных пленок, нанесенных на мягкую поверхность подложки, например - на поверхность полиимидного слоя.
Технический результат, получаемый при реализации предложенной полезной модели, заключается в том, что предлагается конструкция, в которой все четыре «зонда» выполнены в виде металлических шариков, соединенных с выводами четырехзондовой головки, на два вывода из которых подается ток и между двумя остальными измеряется напряжение при контакте головки с пленкой, на которой определяется слоевое сопротивление.
Идея конструкции полезной модели устройства с четырехзондовой головкой иллюстрируется фиг. 1.
На фиг. 1:1 - основание из изолирующего материала, 2 - пластина из фторопласта с отверстиями, 3 - шарики, вставляемые в отверстия пластины 2, 4 - металлические пластины-выводы, контактирующие с шариками 3 и предназначенные для соединения с элементами электрической схемы, служащей для подачи тока через два шарика и для измерения напряжения на двух других шариках (электрическая схема на чертеже не показана), 5 - упругий элемент из изолирующего материала (резины), предназначенного для прижима шариков к контролируемому образцу, 6 - металлическая пластина предназначенная для прижима упругого элемента 5 к металлическим пластинам-выводам 4, 7 - четыре винта, предназначенные для соединения и закрепления элементов 2, 5 и 6 с основанием 1,8 - измеряемый образец (в состав устройства не входит). Ниже показана часть устройства с четырехзондовой головкой. Здесь показано, как шарик 3 расположен в элементе 2 без возможности выпадания из элемента 2. При прижиме шарика к контролируемому образцу шарик перемещается вверх по каналу элемента 2, при этом расстояние между шариками не изменяется.
Дополнительно зонды с шариками могут быть расположены по сторонам прямоугольника так, чтобы короткая сторона прямоугольника была больше, чем диаметр шариков.
Кроме того, зонды с шариками могут быть расположены в линию, причем расстояние между шариками должно превышать диаметр шариков.
Проведенные измерения показали, что предложенное устройство позволяет проводить измерения поверхностного сопротивления пленок с поверхностным сопротивлением порядка 100 кОм/квадрат, нанесенных на полиимидную пленку.
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».