Измерение концентрации основных носителей заряда полупроводников по термо-ЭДС

Концентрация свободных носителей заряда (СНЗ) является важной характеристикой полупроводникового материала. Основным методом измерения концентрации СНЗ является эффект Холла, который требует дорогостоящего оборудования и специальной формы образцов. В ряде случаев, когда большая точность измерения концентрации СНЗ не требуется (например: для различного рода сортеров), можно воспользоваться измерением напряжения термо-ЭДС, которое пропорционально концентрации СНЗ.

Цель работы: создание портативного прибора измерения концентрации СНЗ, основанного на эффекте термо-ЭДС. Для этого были решены следующие задачи: создание аналоговой части измерителя термо-ЭДС, разработка цифровой части и управляющей программы прибора для измерения концентрации СНЗ. В процессе работы на основе высокопрецизионного операционного усилителя OP97 была создана аналоговая часть прибора. Цифровая часть прибора создана на основе микроконтроллера MCX-52. В программе микроконтроллера заложен расчет концентрации СНЗ по измеренной разности потенциалов горячего и холодного зондов на основе формулы Писаренко. Для проверки работоспособности прибора и определения чувствительности прибора проведены измерения серии образцов монокристаллического кремния с известным электросопротивлением от 1 до 3000 Ом*см. Расчет концентрации СНЗ в образцах проводили на основе данных стандарта SEMI MF 723 о соотношении удельного электросопротивления и концентрации СНЗ в монокристаллическом кремнии. Измерения показали, что для образцов n-типа в интервале сопротивлений от 1 до 100 Ом*см отклонения от номинальных значений, определенных  четырехзондовым методом, составляют не более 10%. Для образцов n-типа с сопротивлением свыше 100 Ом*см отклонения не превышают 25%. Для образцов p-типа - не превышают 35% на всем интервале измерений.

Работа выполнена под руководством к.ф.-м.н., доцента кафедры ФПП и ППЭ Кобелевой С.П.