[实用新型]基于电容充放电原理的半绝缘半导体电阻率测绘仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及半绝缘半导体材料电学参数测试研究领域，特别涉及一种 基于电容充放电原理的半绝缘半导体电阻率测绘仪。

背景技术

半绝缘半导体是继第一代半导体材料Si后发展起来的第二代半导体材料 GaAs、InP和第三代半导体材料，如SiC、GaN,具有宽带隙、高临界击穿电场、 高热导率、高载流子饱和浓度、抗辐射能力强、介电常数小等特点，适合于制 备高温、高频、大功率的电子器件及性能优异的微波、光电器件，具有广泛的 应用前景。

对于任何半导体物质的研究，电阻率都是一个非常重要的依据，是研发、 生产过程中必须测量的重要的基本电学参数。整块(锭)或整片半导体晶体材 料的电阻率分布情况可完整真实地反映材料的质量。

现行常用的半导体材料测试方法主要有霍尔法和范德堡法，这两种方法均 需要对样品切割得到特定形状的样片，并需制备欧姆接触，测量周期长。对于 GaAs这些半导体物质利用霍尔法测试其电阻率虽然不便，但仍是可行的，因为 在这些物质上制作欧姆接触不存在问题。然而对于SiC这类第三代半导体材料 来讲，半导体电阻率均大于10⁵Ω·cm，常见杂质在SiC中的扩散系数极低，在 合金化的过程中几乎不可能像Si、GaAs等半导体那样靠合金中的掺杂剂掺入来 提高界面的掺杂浓度，这就给欧姆接触的形成带来了很大的困难，使得利用霍 尔法测试SiC单晶电阻率变得十分困难。此外，目前常用的电阻率测试方法， 如直流四探针法和涡流法更无法对SiC、GaN进行有效的测量。

因此，需要提供一种非接触的、价格较便宜的半绝缘半导体电阻率测绘仪。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于电容充 放电原理的半绝缘半导体电阻率测绘仪，该测绘仪可实现半绝缘半导体材料的 电阻率分布式测量，直观且准确地反映材料的整体性能。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：基于电容充放电原理的半绝 缘半导体电阻率测绘仪，包括：三轴运动平台、样品台、检测探头、数据采集 卡、控制装置、氮气供应系统、脉冲电压发生电路，样品放置在样品台上，所 述样品台为金属平台，所述三轴运动平台用于控制检测探头定位到样品上每个 需要测试的点位置的上方，所述脉冲电压发生电路向样品台施加低压脉冲信号， 所述检测探头包括采样电极、采样电路、氮气输送通道，所述采样电极一端为 探测面，设置在样品的正上方，另一端通过屏蔽电缆与采样电路相连，采样电 路通过数据采集卡与控制装置相连；在测试时，氮气供应系统输送氮气到氮气 输送通道，氮气从氮气输送通道的氮气喷射孔喷出，使采样电极与样品之间充 满氮气以形成保护层；所述控制装置用于根据采样电极采集的每个测量点的电 荷变化的弛豫时间计算出样品电阻率。本实用新型中，当样品台被施加低压脉 冲信号后，相当于不断地对样品台、样品及采样电极进行充放电，样品台、样 品、采样电极三者在电路上等效为两个电容与一个电阻的串并联电路，通过采 样电极对样品上每个需要测试的点进行测量，再结合三轴运动平台的扫描，可 以得到整个样品上电阻率的分布。

优选的，所述检测探头还包括一金属套环外壳，其中心开有一用于放置采 样电极的通孔，采样电极和金属套环外壳之间使用一绝缘管隔开，所述金属套 环外壳的底部平面与采样电极的探测面处于同一平面；所述氮气输送通道设置 在所述通孔的一侧，氮气输送通道一端通过氮气供应接口与氮气供应系统连接， 另一端通过氮气喷射孔将氮气喷射到采样电极与样品之间。

更进一步的，所述采样电极采用直径1～2mm、长20～30mm的紫铜棒，采 样电极一端为探测面，具有相对样品台表面小于1μm的平面度，另一端通过屏 蔽电缆连接到采样电路的输入接口，采样电极与屏蔽电缆通过焊接固定；所述 样品上表面和采样电极探测面之间距离在0.05～0.2mm。

更进一步的，所述绝缘薄管为聚四氟乙烯塑料管。

更进一步的，所述检测探头还包括采样电路供电接口、采样电路信号输出 接口、氮气供应接口，所述采样电路供电接口、采样电路信号输出接口、氮气 供应接口分别与电源系统、数据采集卡、氮气供应系统连接；所述检测探头采 用T形结构，上部用于放置采样电路、采样电路供电接口、采样电路信号输出 接口、氮气供应接口，下部用作金属套环外壳。这样可以尽量缩短采样电极与 采样电路的距离，减少检测信号的损耗。