GB/T 42271-2022 半绝缘碳化硅单晶的电阻率非接触测试方法（正式版）

ICS77.040非接触测试方法国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会IGB/T42271—2022本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203)与全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分技术委员会(SAC/TC203/SC2)共同提出并归口。本文件起草单位：北京天科合达半导体股份有限公司、中关村天合宽禁带半导体技术创新联盟、安徽长飞先进半导体有限公司、有色金属技术经济研究院有限责任公司、中国电子科技集团公司第四十六研究所。1GB/T42271—2022半绝缘碳化硅单晶的电阻率非接触测试方法本文件描述了半绝缘碳化硅单晶的电阻率非接触测试方法。本文件适用于测量电阻率范围为1×10⁵Ω·cm～1×10¹²Ω·cm的半绝缘碳化硅单晶片。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文本文件。GB/T14264半导体材料术语GB/T30656碳化硅单晶抛光片GB/T14264界定的术语和定义适用于本文件。4原理非接触式电阻率测试采用电容充放电原理。首先对样品进行瞬时充电，再利用仪器实时监测放电过程中的电量，从而得到其变化的弛豫曲线，之后对该曲线进行数学分析得到弛豫时间(t),最后通过弛豫时间(t)计算出半绝缘碳化硅单晶的电阻率。5试验条件6干扰因素6.3样品表面、吸附载物台及测试探头上的颗粒沾污会影响半绝缘碳化硅单晶片的电阻率，测试前应2GB/T42271—20227仪器设备7.1探头：电容式探头装置基本结构如图1所示，其中处于探头中心的是电荷放大器电极，用于实时监测电量变化，其直径为1mm。标引序号说明：1——电极；2——金属环；3——吸附载物台；4——碳化硅单晶片；5——氮气(空气)层；6——测试区域。图1电容式探头装置基本结构示意图7.2步进电机。7.3数字示波器。8样品8.1半绝缘碳化硅单晶片的样品直径为50.8mm、76.2mm、100.0mm、150.0mm、200.0mm,样品厚9试验步骤使用砷化镓标样晶片进行设备校准。调整Z轴的最大行程及气体(氮气/空气)流量，使电容上的瞬时电压为0.75V(砷化镓的活化能为0.75V),确定Z轴的最大行程及气压设定正确，测得的砷化镓标样晶片电阻率的值与标准值的差应在误差范围内。注：活化能指电子从基态变为激发态所需要的能量。9.2测试9.2.1将待测样品放置在吸附载物台上，打开真空吸附泵并开启计算机软件。9.2.2根据待测样品的尺寸选择对应的程序文件，选择晶片材料类型为碳化硅，输入样品编号、样品厚3GB/T42271—2022度及测试点数，点击开始测试，探头将在电机的控制下自动移动到待测位置。9.2.3计算机根据测试需求将待测样品表面划分成若干个等面积的测试区域(见9.3),并控制仪器依次测试这些区域的电阻率。测试点边缘去除区应符合GB/T30656的要求，测试点分布如图2所示，具体测试点个数及要求应符合表1的规定，圆内每个网格的中心为测试点。50.8mm:不少于4×4个点150.0mn:不少于12×12个点<1120>4/<1100>表1不同直径碳化硅单晶片电阻率测试点的个数及要求半绝缘碳化硅单晶片直径测试点个数测试点要求不少于4×4个点10mm,圆内每一行网格的右侧为起始测试点不少于6×6个点不少于8×8个点不少于12×12个点不少于16×16个点4GB/T42271—202210试验数据处理10.1弛豫时间按公式(1)计算：t=R.(C。+C.)……(1)式中：t——弛豫时间，单位为秒(s);R,——晶片的电阻，单位为欧姆(Q);C。——探头与晶片之间的气体(氮气/空气)电容，单位为法拉(F);C、——晶片的电容，单位为法拉(F)。10.2加入恒定的外加电压(U)时，瞬态电量[Q(t)]按公式(2)计算：式中：Q(t)—-—时间t时的晶片两端的瞬态电量，单位为库仑(C);C——探头与晶片之间的气体(氮气/空气)电容，单位为法拉(F);C,——晶片的电容，单位为法拉(F);e——以e为底的指数函数，数值约为2.71828;10.3由电阻定律和晶片电容公式可得到公式(3):R.Cs=EEop式中：R。——晶片的电阻，单位为欧姆(Ω);C、——晶片的电容，单位为法拉(F);E——测试碳化硅的相对介电常数；Eo——真空介电常数，数值为8.85×10-14F/cm;p——晶片的电阻率，单位为欧姆厘米(Ω·cm)。10.4半绝缘碳化硅单晶的电阻率(p)按公式(4)计算：式中：Q(0)——时间t=0时晶片两端的瞬态电量，单位为库仑(C);Q()——时间t=一时完全放电后晶片两端电量，单位为库仑(C);t——弛豫时间，单位为秒(s);E0——真空介电常数，数值为8.85×10-¹⁴F/cm;e——测试碳化硅的相对介电常数。11精密度选取3片直径为100.0mm,电阻率范围为1×10⁵Ω·cm～1×10¹²Ω·cm的半绝缘碳化硅单晶5GB/T42271—2022片，采用非接触式电阻率