[LT] Išradimas leidžia supaprastinti matavimą, matuoti storų daugiasluoksnių sandarų paviršinių sluoksnių parametrus.@Tikslas pasiekiamas tuo, kad tiriamą plokštelės pavidalo pavyzdį veikia statmenas didžiosioms plokštelės plokštumoms nuolatinis magnetinis laukas, lokalioje jo paviršiaus vietoje sužadina AD magnetinį lauką induktyviuoju zondu, patalpintu didžiojoje plokštelės plokštumoje, kitu induktyviuoju zondu registruoja EVJ, sukuriamą paviršiuje per pavyzdį praėjusio magnetoplazminės bangos pluoštelio ir atraminio signalo, esant skirtingoms nuolatinio magnetinio lauko reikšmėms, nustato EVJ priklausomybės nuo nuolatinio magnetinio lauko ekstremumus ir parametrus apskaičiuoja pagal formulę. Lokalinį AD lauką kuria atžvilgiu nuolatinio magnetinio lauko neorientuotas induktyvusis zondas, EVJindukuoja taip pat plokštelės plokštumoje neorientuotas induktyvusis zondas, patalpintas tame pačiame plokštelės paviršiuje kaip ir žadinantysis zondas, tačiau už pastarojo ribų, o registracijai naudoja EVJ, kuriamą žadinančiojo zondo ir bangos atspindžio nuo vidinės sluoksnio sienelės.
[EN] This invention allows to make measuring easier, to measure the parameters of the surface layers of thick multilayer structures. The object is achieved so that a permanent magnetic field perpendicular to the large planes of a plate acts on an investigated sample in a form of a plate. A high frequency magnetic field is excited on the local place of the sample surface by an inductive sonde placed on the large plane of the plate. The other inductive sonde registers an electromotive force generated on the surface by the beam of magneto-plasma waves passed through the sample when the quantities of the permanent magnetic field are different. The extremes of the electromotive force dependence upon the permanent magnetic field are determined and the parameters are calculated after the formula. The non-attitude sonde generates the local high frequency field with respect to the permanent magnetic field. The non-attitude sonde placed on the same surface of the plate as the exciting sonde but beyond the latter also induces the electromotive force on the plane of the plate. The electromotive force generated by the exciting sonde and the reflection of the wave from the external layer wall is used for registration.
[0001] Išradimas priklauso matavimo technikos sričiai ir gali būti panaudotas lokaliniam krūvininkų koncentracijos bei judrumo nustatymui įvairios sandaros puslaidininkių ir pusmetalių sluoksniuose.
[0002] Žinomas būdas krūvininkų koncentracijai nustatyti tam tikrose tiriamo pavyzdžio vietose (TSRS a.l. Nr. 1038891), panaudojant SAD elektromagnetines bangas-helikonus. Šiuo būdu nustatant krūvininkų koncentraciją, tiriamą pavyzdį patalpina į nuolatinį magnetinį lauką, pavyzdžio paviršiuje siaurėjančiu metalizuotu dielektriniu bangolaidžiu sukuria SAD elektromagnetinį lauką, statmeną nuolatiniam magnetiniam laukui. Bangolaidžiu analogišku žadinančiajam bangolaidžiui kitoje pavyzdžio pusėje indukuoja helikoninių bangų laukus, statmenus nuolatiniam magnetiniam laukui. Tiek indikacinį, tiek žadinantįjį bangolaidžius orientuoja išilgai nuolatinio magnetinio lauko ir išdėsto per tiriamą pavyzdį vieną prieš kitą. Registruoja sumarinį signalą, proporcingą SAD bangų laukams ir atraminiam signalui. Matuojamos medžiagos krūvininkų koncentraciją apskaičiuoja pagal užfiksuotas nuolatinio magnetinio lauko vertes, atitinkančias sumarinio signalo ekstremalias vertes.
[0003] Aprašytu būdu negalima parametrų matuoti storuose pavyzdžiuose (kanale, kurio storis viršija 1,5 mm), esant krūvininkų koncentracijos vertėms, • 99 iv « ti • ■ •
[0004] didesnems nei 10 m" . Sis ribojimas susijęs su labai trumpais SAD bangų ilgiais puslaidininkiuose, dideliais slopinimais (slopinimas proporcingas a, kur © - bangos dažnis) nurodytoms koncentracijos vertėms. Šis būdas netinka parametrams matuoti sandarose puslaidininkis-metalas. Matuojant nurodytuoju būdu yra būtina griežta žadinančiojo ir indikuojančiojo bangolaidžiu orientacija.
[0005] Siūlomam būdui artimiausias yra aukštadažnis (AD) krūvininkų koncentracijos lokalaus nustatymo būdas, nesimetriškai žadinant ir indikuojant magnetoplazminį Gauso pluokštelį (TSRS a.l. Nr. 1313269). Matuojant nurodytu būdu, tiriamą plokštelės pavidalo pavyzdį patalpina į nuolatinį magnetinį lauką, statmeną didžiosioms plokštelės plokštumoms. Prie vienos iš didžiųjų plokštumų orientuotu AD zondu sukuria AD lauką, lygiagretų nuolatiniam magnetiniam laukui, ir toje vietoje sužadina magnetoplazminių bangų pluoštelį. Plokštelės plokštumoje, kuri priešinga žadinamajai, lygiagrečiai nuolatiniam magnetiniam laukui orientuotu induktyviuoju zondu indukuoja praėjusios pavyzdį bangos signalą. Registruoja šio signalo priklausomybės nuo nuolatinio magnetinio lauko indukcijos B ekstremalias reikšmes ir pagal formules apskaičiuoja matuojamus parametrus. Sis būdas tinka aukštesnėms krūvininkų koncentracijoms storesniuose pavyzdžiuose lokaliai matuoti, t.y. galimas matavimas ir pusmetaliniuose pavyzdžiuose, tačiau negalimas - daugiasluoksnių sudėtingų sandarų sluoksniuose. Kadangi metalai nepraleidžia AD bangų, būdas netinka sandarų puslaidininkis-metalas, pusmetalis-metalas matavimams. Būdo trūkumas yra ir tas, kad būtina griežta zondų orientacija bei išdėstymas tiek vienas kito, tiek nuolatinio magnetinio lauko atžvilgiais, nes matavimui reikalinga tik lygiagrečioji nuolatiniam laukui kintamojo magnetinio lauko komponentė centrinėje pluoštelio srityje. Be to, būtinas zondų prispaudimas prie tiriamojo pavyzdžio, tai apsunkina matavimą.
[0006] Išradimo tikslas - matavimo supaprastinimas dėl induktyviųjų zondų konstrukcijos supaprastinimo, orientacijos ir prispaudimo operacijų panaikinimo, o taip pat galimybė lokaliai matuoti parametrus paviršiniuose storos daugiasluoksnės sandaros sluoksniuose.
[0007] Išradimo esmė ta, kad būde, skirtame lokaliai elektriniams fizikiniams krūvininkų parametrams puslaidininkiuose bei pusmetaliuose nustatyti, tiriamą plokštelės pavidalo pavyzdį veikia statmenas didžiosioms plokštelės plokštumoms nuolatinis magnetinis laukas, žadinančiuoju induktyviuoju zondu, patalpintu didžiojoje plokštelės plokštumoje, žadina AD magnetinį lauką, kitu zondu registruoja EVJ, naudojant atraminio signalo ir praėjusio pavyzdį magnetoplazminės bangos signalo interferenciją, nustato EVJ priklausomybės nuo nuolatinio magnetinio lauko ekstremumus, fiksuoja magnetinio lauko vertes, esant ekstremumams ir pagal formulę apskaičiuoja parametrus. AD magnetinį lauką kuria neorientuotu nuolatinio lauko atžvilgiu žadinančiuoju zondu, EVJ registruoja taip pat neorientuotu indikaciniu zondu, patalpintu greta žadinančiojo, už pastarojo ribų. Registravimui naudoja EVJ, kuriamą žadinančiojo zondo ir magnetoplazminės bangos, atsispindėjusios nuo kito matuojamo sluoksnio paviršiaus.
[0008] Pasiūlytame būde, kaip ir prototipo atveju, pavyzdį (plokštelę) patalpina j nuolatinį magnetinį lauką, statmeną didžiosioms pavyzdžio plokštumoms. Prototipo atveju prie vienos iš didžiųjų pavyzdžio plokštumų orientuotu induktyviuoju zondu, kurio ašis statmena didžiosioms pavyzdžio plokštumoms, žadina AD magnetinį lauką, lygiagretų nuolatiniam laukui, o kitoje pavyzdžio plokštumoje, priešingoje žadinančiajai, taip pat orientuotu induktyviuoju zondu, kurio ašis sutampa su žadinančiojo zondo ašimi, matuoja AD magnetinio lauko dedamąją, lygiagrečią nuolatiniam magnetiniam laukui. Išmatavę AD magnetinio lauko priklausomybę nuo nuolatinio magnetinio lauko, pagal charakteringus taškus nuolatinio magnetinio lauko skalėje, atitinkančius Relėjaus ekstremumus (praėjusios pavyzdį bangos ir atraminio signalo interferencija), apskaičiuoja matuojamąjį parametrą.
[0009] Fig.l pateikta prietaiso, realizuojančio siūlomą būdą, funkcinė schema, o Fig.2 - pavaizduotas zondų išdėstymas matavimo metu. Fig.3 pavaizduota išėjimo signalo priklausomybė nuo nuolatinio magnetinio lauko dydžio.
[0010] Įvesti šie žyminiai: 1 - tiriamasis pavyzdys; 2 - AD signalo perdavimo matuoklis (pvz., BM-538); 3 - žadinantysis zondas; 4 - indikacinis zondas (zondų forma ir jų išdėstymas matuojamame paviršiuje - laisvas); 5 - dviejų koordinačių savirašis prietaisas; 6 - Holo daviklis; 7 - folguota dielektrinė plokštelė; 8,9 - AD koaksialiniai kabeliai, jungiantys zondus su perdavimo matuokliu 2.
[0011] Matuojant siūlomu būdu metalizuotą pavyzdį 1 patalpina tarp elektromagneto polių, t.y. į nuolatinį magnetinį lauką, statmeną didžiosioms pavyzdžio 1 plokštumoms. Elektrinis AD signalas iš perdavimo matuoklio 2 , koaksialiniu kabeliu 8 patekęs į zondą 3, lokalioje pavyzdžio 1 vietoje sukuria AD magnetinį lauką b, laisvai orientuotą nuolatinio magnetinio lauko B atžvilgiu. Esant tam tikro dydžio nuolatiniam magnetiniam laukui B pavyzdžio 1 vietoje, kuri aktyviai sąveikauja su žadinančiuoju zondu 3, susižadina magnetoplazminių helikoninių bangų pluoštelis, kuris sklinda išilgai magnetinio lauko su nedidele sklaida ( 1ji y w i- ( i- f& t o msųnoro
[0012] hcto'- rhhka e- oa. ma r hm «4©hhyjc nojiynpobo. jįhh k o&. ve n^ iaomy.
[0013] Nustatyta, kad tokio magnetoplazminių bangų pluoštelio dispersija sutampa su plokščios helikoninės bangos dispersija, o kampinė sklaida priklauso nuo puslaidininkio parametrų ir nuo nuolatinio magnetinio lauko dydžio. Atsispindėjęs nuo antrosios didžiosios pavyzdžio plokštumos ( nuo sandaros sluoksnio ribos) bangų pluoštas išplinta ir registruojamas indikaciniu zondu 4, kuris patalpintas vienoje plokštumoje su žadinančiuoju zondu 3 už pastarojo ribų. Zondas 4 indukuoja atžvilgiu B laisvai orientuotą b komponentę, kuriamą žadinančiojo zondo 3.
[0014] Zondu 4 indukuotas signalas kabeliu 9 patenka į prietaiso 2 įėjimą, kurio analoginis išėjimas sujungtas su savirašio 5 Y- kanalu. Į savirašio 5 X-kanalą patenka proporcingas nuolatiniam magnetiniam laukui Holo jutiklio 6 signalas. X- Y savirašis 5 užrašo perdavimo koeficiento modulio | A | priklausomybę nuo B tarp zondų 3 ir 4.
[0015] Nustatę du gretimus ekstremumus ( žiur. Fig. 3) ir užfiksavę atitinkančias juos nuolatinio magnetinio lauko vertes, pagal formulę apskaičiuoja krūvininkų koncentraciją n:
[0016] Čia A - konstanta, d - pavyzdžio ( sluoksnio) storis, Bi, B2 - nuolatinio magnetinio lauko vertės, atitinkančios du gretimus ekstremumus.
[0017] Kita viena pavyzdžio 1 didžiųjų plokštumų - metalizuota, keičiasi bangų pluoštelio atspindžio sąlygos - turime ketvirčio bangos rezonansą.
[0018] Jei rezonanso laipsnis yra žinomas, krūvininkų koncentraciją n apskaičiuoja pagal formulę:
[0019] Čia K - rezonanso laipsnis 1, 2, 3, ; Bk - nuolatinio magnetinio lauko indukcija, atitinkanti priklausomybės | A | = f( B) maksimumą, t. y. K- jo laipsnio rezonansą.
[0020] Būdas leidžia nustatyti ir krūvininkų judrumą | i. Tam būtina žinoti rezonansų | A j = f( B) amplitudės A. Judrumas apskaičiuojamas pagal formulę:
[0021] Tokiu būdu, ta aplinkybė, kad magnetoplazminių bangų pluoštelis sklinda išilgai magnetinio lauko krypties erdviškai plisdamas ir atsispindi nuo sluoksnio sienelių sandarose puslaidininkis- dielektrikas, pusmetalis-dielektrikas arba puslaidininkis- metalas, pusmetalis- metalas, leidžia lokaliai matuoti medžiagų elektrinius fizikinius parametrus storose sandarų sluoksniuose. Kadangi bangų pluoštelį žadina ir indukuoja laisvai orientuotais induktyviaisiais zondais, pluoštelio dispersija sutampa su plokščios helikoninės bangos dispersija, o atraminiu signalu naudojama žadinančiojo zondo kintamojo magnetinio lauko dedamoji, leidžia supaprastinti matavimo procesą, atsisakant zondų tikslios orientacijos ir išdėstymo vienas kito atžvilgiu, nuolatinio magnetinio lauko atžvilgiu, o taip pat atsisakant zondų prispaudimo prie pavyzdžio.
[0022] Žemiau pateiksime konkrečių puslaidininkinių medžiagų elektrinių fizikinių parametrų matavimus aukščiau aprašytu būdu.
[0023] Indikacinis ir žadinantysis zondai - mažos, iš varinio 0, 15 mm skersmens laido laisvai suvyniotos ritelės. Perdavimo koeficiento modulio 6
[0024] | A | tarp zondų priklausomybės nuo B forma nustatyta prietaisu BM-538 ir kreivės pateiktos Fig.3: pirmoji kreivė išmatuota Bio,97Sbo,o3 pavyzdžiui, (i = 20m2 v"1 s"1, esant pavyzdžio temperatūrai T =77 K, B II C3, kur C3 - trigonalinė monokristalo ašis, signalo dažnis f = 100 MHz, d = 1,0 Omm. Apskaičiuota krūvininkų koncentracija n = 2,0'lO^m"3. Antroji kreivė nuimta n-InSb pavyzdžiui, T = 300 K, f = 36 MHz, d = 5,75 mm, ir apskaičiuoti parametrai: n = 1,851022 m"3, ii = 6,9 mVV1. Trečioji kreivė nuimta metalizuotam n-InSb pavyzdžiui, T = 300 K, f = 101 MHz, d = 1,5 mm ir naudojantis (2) ir (3) formulėmis apskaičiuoti parametrai: n = 1,77'1022 m"3, (a =6,5mW1.
Krūvininkų koncentracijos ir judrumo puslaidininkiuose bei pusmetaliuose lokalaus nustatymo būdas pasireiškia tuo, kad plokštelės pavidalo pavyzdį veikia nuolatinis magnetinis laukas, žadinantysis induktyvusis zondas, patalpintas ant plokštelės didžiosios plokštumos lokaliai žadina aukšto dažnio magnetinį lauką, EVJ registruoja indukcinis induktyvusis zondas pagal atraminio signalo ir paviršiuje indukuoto, praėjusio sluoksnį magnetoplazminių bangų pluošto signalo interferenciją, nustato interferencinio signalo ekstremumus priklausomai nuo nuolatinio magnetinio lauko, apskaičiuoja parametrus pagal formulę, besiskiriantis tuo, kad AD magnetinį lauką žadina nuolatinio magnetinio lauko atžvilgiu neorientuotas zondas, turintis laisvą vijų išdėstymą, EVJ registruoja taip pat atžvilgiu nuolatinio magnetinio lauko neorientuotas induktyvusis zondas, patalpintas tame pačiame pavyzdžio paviršiuje kaip ir žadinantysis zondas, tačiau už žadinančiojo zondo ribų, o registracijai naudoja EVJ, kuriamą žadinančiojo zondo ir nuo kitos pavyzdžio plokštumos atsispindėjusio magnetoplazminių bangų pluošto signalų.