Зондовий пристрій для вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур

Реферат: Зондовий пристрій для вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур містить підпружинені зонди для підведення випробувальних сигналів. Введено додаткові зонди, вставлені у напрямні отвори фторопластової пластини, виконані по шаблону на місцях, відповідних до нанесених контактів на дослідному зразку. UA 68570 U (12) UA 68570 U UA 68570 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі електричних вимірювань і може бути використана для контролю і дослідження електрофізичних характеристик і параметрів напівпровідникових структур. Відома зондова установка для вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур [патент України на корисну модель № 19435, МПК (2006) G01R 1/00], яка складається зі станини, П-подібного кронштейна із закріпленим на ньому мікроскопом, координатного столика, розташованого під мікроскопом, двох приводів горизонтального переміщення, приводу вертикального переміщення координатного столика та двох зондів, що забезпечують електричні контакти з контактами на поверхні напівпровідника. Увесь пристрій поміщений в термоізоляційній ємності з отвором для заливки рідкого азоту. До координатного столика кріпиться предметний столик, до якого приклеюється зразок, а в термоізоляційній ємності проти зразка вмонтовано вікно для наведення через мікроскоп зонда на відповідний контакт на зразку. Електричний контакт одержують за допомогою приводу вертикального переміщення координатного столика, що дозволяє почергово під'єднувати до вимірювального приладу два контакти нанесені на зразку за допомогою зондів, причому місце одного з них фіксоване, а інший підводиться за допомогою двох приводів горизонтального переміщення. Недоліком даного пристрою є його складна конструкція, а також те, що приклеєний до предметного столика зразок не дозволяє провести між вимірами додаткові технологічні операції, наприклад, опромінити рентгенівськими променями, витримати у магнітному чи електричному полях і т.п., бо його необхідно відклеїти, а потім знову приклеювати. Найближчим за технічною сутністю до запропонованого пристрою - прототипом, є чотиризондовий пристрій С 2080. 1С, що є складовою частиною установки для вимірювання питомого електричного опору напівпровідникових матеріалів ПИУС - 1 АТФА.422519.013 ПС, який служить для підведення електричних сигналів від вимірювального пристрою, через підпружинені металеві зонди, до поверхні досліджуваного зразка. Зонди розміщуються в циліндричних отворах у лінію на однаковій відстані 1,3±0,01 мм один від одного. Однак цей пристрій не може бути застосований для підведення металевих зондів до довільних точок на поверхні зразка, визначених умовами експерименту. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити зондовий пристрій для вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур шляхом використання шаблону для нанесення контактів на дослідний зразок як напрямних для зондів і фіксації розміщення дослідного зразка, що дасть змогу забезпечити попадання зондів на нанесені на дослідний зразок контакти і отримати вимірювальну інформацію з декількох нанесених контактів за один цикл проходження зміни зовнішніх факторів. Поставлена задача вирішується так, що у зондовий пристрій для вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур, що містить підпружинені зонди для підведення випробувальних сигналів, який відрізняється тим, що введено додаткові зонди, вставлені у напрямні отвори фторопластової пластини, виконані по шаблону на місцях, відповідних до нанесених контактів на дослідному зразку, причому контактні торці зондів виготовлені у формі півкулі, а протилежні - з виїмкою для встановлення притискної пружини, один кінець якої жорстко закріплений до фторопластової пластини, встановленої у напрямні штифти Г-подібної мідної пластини і закріпленої до неї фіксуючими болтами, яку переміщують по площині П-подібної платформи до співпадіння зондів з контактами на дослідному зразку, підкручуванням притискних болтів. При дослідженнях напівпровідникових матеріалів (наприклад вимірюванні розподілу профілю концентрації електрично-активних центрів і визначені основних параметрів глибоких рівнів в напівпровідникових структурах методом вимірювання ємності р-n переходу) виникає проблема підведення випробувальних сигналів від генератора до металізованих контактів спеціально нанесених в конкретні місця (наприклад, з різною концентрацією дислокацій) на поверхні напівпровідника, причому для збільшення точності вимірювань діаметр нанесених контактів повинен не перевищувати 0,5 мм. З літературних джерел невідоме використання шаблону для нанесення контактів на зразок як напрямних отворів зондів для зняття вимірювальних електричних сигналів із зразка. Запропоноване авторами використання шаблону для нанесення контактів на дослідний зразок як напрямних для зондів і фіксації розміщення дослідного зразка, дасть змогу забезпечити попадання зондів на нанесені на дослідний зразок контакти і отримати вимірювальну інформацію з декількох нанесених контактів за один цикл проходження зміни зовнішніх факторів. Фіг. 1 - поперечний переріз зондового пристрою для вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур, де 1 - П-подібна платформа, 2 - Г-подібна мідна 1 UA 68570 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 пластина, 3 - притискні болти, 4 - дослідний зразок, 8 - металевий стержень зонда, 9 - притискна пружина, 10 - провідник для підведення вимірювальних сигналів до зонда, 11 - фторопластова пластина, 12 - фіксуючі болти, 13 - напрямні штифти фторопластової пластини. Фіг. 2 - фторопластова пластина з зондами, один з яких підтиснутий пружиною, де 8 металеві стержні зондів, 9 - притискна пружина зонда, 10 - провідник для підведення вимірювальних сигналів до зонда, 11 - фторопластова пластина. Фіг. 3 - дослідний зразок з нанесеними контактами затиснутий притискними болтами мідною пластиною з Г-подібним виступом до П-подібної платформи, де 2 - мідна пластина, 3- притискні болти, 4 - дослідний зразок, 5 - Г-подібний виступ мідної пластини, 6 - нанесений омічний контакт на дослідному зразку, 7 - нанесені випрямляючі контакти на дослідному зразку, 13 напрямні штифти фторопластової пластини. Фіг. 4 - фрагмент зонду з пружиною, де 8 - фрагмент металевого стержня зонда з виїмкою, 9 - фрагмент притискної пружини. Зондовий пристрій складається з П-подібної платформи (1), по якій під дією притискних гвинтів рухається мідна пластина (2) з Г-подібним виступом (5) для фіксації положення дослідного зразка (4). В штифти (13) мідної пластини (2) вставляється фторопластова пластина (11) і закріплюється до мідної пластини фіксуючими болтами (12). До фторопластової пластини (11) товщиною 6-8 мм кріпляться пружини (9), котрі з'єднані з металевими зондами (8), які поміщені в напрямні отвори фторопластової пластини. Отвори фторопластової пластини виконані по тому ж шаблону, що і контактні майданчики (6), (7) на дослідному зразку (4). Для здійснення електрофізичних досліджень зразка 4 (фіг. 3) (наприклад, монокристала кремнію р-типу розміром 3×4×8 мм) на нього наносяться контактні площадки (наприклад, алюмінію для створення омічних контактів 6 у вигляді смужки шириною 1 мм, та вісмуту для створення р - п переходів у вигляді цяток 7 діаметром 0,5 мм, малі розміри яких обумовлені необхідністю зменшення ємності р-n переходу). Притискні зонди для підведення вимірювальних сигналів до нанесених контактів дослідного зразка, змонтовані на фторопластовій пластині 11 (фіг. 2) товщиною 6 мм. Відносно товста пластина забезпечує перпендикулярність руху стержнів 8 відносно поверхні зразка 4 з контактами 6, 7 (фіг. 3), що запобігає їх пошкодженню (здряпуванню). З цією метою торці стержнів, які торкаються нанесених контактів на поверхні зразка, відполіровані і мають форму півкулі, що запобігає продавленню контактної плівки сферичною поверхнею торця стержня. Напрямні отвори для зондів 8 у пластині 11 висвердлюють за допомогою металічного шаблона, який застосовується як трафарет для нанесення контактних площадок на досліджуваний зразок. Підведення вимірювальних сигналів до нанесених контактів 6, 7 дослідного зразка 4 (фіг. 3) здійснюють притисканням до контактів металічних стержнів (наприклад, стальних дротинок діаметром 0,8 мм) пружинками 9 (фіг. 2), які розміщують у виїмки на протилежних торцях стержнів 8 (фіг. 4). Протилежний кінець пружинки 9 (фіг. 2) прикріплюють до металевої пластинки, до якої також прикріплений вивідний провідник 10 для підведення вимірювальних сигналів до дослідного зразка, а сама металева пластинка кріпиться до фторопластової пластини 11 болтом. Фторопластову пластину 11 (фіг. 1) кріплять гвинтами 12 до мідної пластини 2, а їх взаємне положення фіксується напрямними штифтами 13 (фіг. 1, фіг. 3). Пластина 2 переміщається по мідній П-подібної форми платформі 1 (фіг. 1), під дією притискних гвинтів 3, створюючи лещата, між якими затискається досліджуваний зразок 4. Положення зразка 4 відносно пластини 2 теж зафіксовано виступом 5 (фіг. 3). Фіксування положення пластини 11 та зразка 4 з нанесеними контактами 6, 7 відносно пластини 2 забезпечує контакт зондів і нанесених контактів, що важливо при невеликих розмірах нанесених контактів 7 (фіг. 3.). Принцип дії зондового пристрою полягає у послідовному виконанні наступних дій: - виймають зонди (8) із напрямних у фторопластовій пластині (2); - у отвір утворений між мідною пластиною (2) та П-подібною платформою (1) вставляють дослідний зразок (4) так, щоб поверхня з нанесеними контактами (6, 7) була повернута до фторопластової пластини (11). При необхідності ослаблюють притискні гвинти (3); - зразок (4) рухають до упору в Г-подібний виступ мідної пластини (5). При цій умові нанесені контакти (6, 7) будуть розміщені проти напрямних отворів фторопластової пластини (11); - в такому положенні дослідний зразок (4), через мідну пластину (2), фіксують притискними гвинтами (3); - зонди (8) вставляють у напрямні отвори фторопластової пластини і притискають до зразка (4) за допомогою пружин (9). Силу притискання підбирають експериментально в залежності від матеріалу нанесених контактів; 2 UA 68570 U 5 - на зонди через підвідні провідники (10) подають від зовнішніх приладів вимірювальні сигнали та знімають, визначені умовами експерименту, відповідні характеристики утворених структур дослідного зразка. Використання запропонованого зондового пристрою дасть змогу одержати передбачуваний технічний результат. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Зондовий пристрій для вимірювання електрофізичних характеристик напівпровідникових структур, що містить підпружинені зонди для підведення випробувальних сигналів, який відрізняється тим, що введено додаткові зонди, вставлені у напрямні отвори фторопластової пластини, виконані по шаблону на місцях, відповідних до нанесених контактів на дослідному зразку, причому контактні торці зондів виготовлені у формі півкулі, а протилежні - з виїмкою для встановлення притискної пружини, один кінець якої жорстко закріплений до фторопластової пластини, встановленої у напрямні штифти Г-подібної мідної пластини і закріпленої до неї фіксуючими болтами, яку переміщують по площині П-подібної платформи до співпадіння зондів з контактами на дослідному зразку підкручуванням притискних болтів. 3 UA 68570 U Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4