ICS29.045 SJ H 83 备案号：50556-2015 中华人民共和国电子行业标准 SJ/T11499—2015 碳化硅单晶电学性能的测试方法 Test method for measuring electrical properties of monocrystalline silicon carbide 2015-04-30发布 2015-10-01实施 中华人民共和国工业和信息化部 发布 SJ/T 114992015 前言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 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这些专利的责任。 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会（SAC/TC203）归口。 本标准起草单位：中国电子科技集团公司第四十六研究所、工业和信息化部电子工业标准化研究院。 本标准主要起草人：丁丽、郑庆瑜、蔺娴、何秀坤、冯亚彬、裴会川。 SJ/T11499—2015 碳化硅单晶电学性能的测试方法 1范围 本标准规定了碳化硅晶体材料导电类型、电阻率、迁移率、载流子浓度的测试方法。 本标准适用于在(-263.15426.85)℃温度范围内，电阻率在1×1052.cm以下、晶型为6H和4H的碳化 硅单晶的电学性能测试。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。 凡是不注日期的引用标准，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T14264半导体材料术语 GB/T30867一2014碳化硅单晶片厚度和总厚度变化测试方法 3术语和定义 GB/T14264界定的术语和定义适用于本文件。 4方法原理 碳化硅单晶材料的电学参数测试采用范德堡法。对于任意形状、厚度均匀的碳化硅单晶薄片样品 在样品四周做四个欧姆接触电极A、B、C、D，典型的范德堡样品及电极位置见图1。分别在零磁场和 磁场下测量样品的电流和电压，由公式（1）和公式（2）计算可得到碳化硅单晶电阻率和霍尔系数。利 用霍尔系数的符号可判断材料的导电类型。将电阻率、霍尔系数代入公式（3）可计算得到碳化硅单晶 的霍尔迁移率。 Vp (1) 2In2(IAB tVH×10* RH (2) IB [Ra] (3) p 式中： 电阻率，2-cm; P RH 霍尔系数，cm²/C; 霍尔迁移率，cm²/Vs; - 样品厚度，cm; ts 1 SJ/T11499—2015 VH 霍尔电压，V； VDC、VBC- 分别为在DC、BC电极间测得的电压，V； 分别为AB、AD电极间通过的电流，A； B 垂直于样品的磁通量，T； 范德堡修正因子，见附录A。 90 90 OB (a）图形 (b）四叶形 (c）方形 (d）矩形 图1典型范德堡样品及电极位置 5干扰因素 5.1由于碳化硅半导体材料的电学参数为温度的函数，因此在进行高温测量时，样品温度在测量过程 中应保持恒定，以减少由于温度起伏造成的测量误差。 5.2为避免外界干扰，样品室等装置应注意屏蔽，测量系统的连接电缆应尽量短。此外，样品架及相 关部件要有良好的绝缘特性，避免漏电的发生。 5.3利用蒸发、溅射等技术制备的样品电极通常在样品表面，因此在不影响电极引线正常引出的情况 下，电极的尺寸应尽量小且靠近边缘。为使f因子接近1，应在样品对称的位置上制备电极，否则测量 结果将偏离真值。 5.4在保证测量有足够信噪比的前提下，测量电流应尽量小，通常样品上的外加电场应小于1V/cm， 以避免注入现象的发生。 6仪器设备 6.1制样设备 6.1.1蒸发台或溅射台 用于制备金属膜，真空度应优于103Pa。 6.1.2合金炉 用于电极烧结，使金属膜与样品之间形成良好的欧姆接触。合金炉腔内环境应为真空状态或充保护 气体。若合金炉腔内为真空状态，则真空度应优于10Pa。 6.2几何尺寸测量工具 分度值为0.02mm的外径千分尺或精度相当的其他测量工具。 2 SJ/T 11499—2015 6.3霍尔测试系统 6.3.1恒流源 为样品提供电流，其电流稳定度应优于土0.5%。 6.3.2电压表 用于测量样品电压，测量精度应优于士0.5%，电压表的输入阻抗应为被测样品阻抗的10°倍以上。 6.3.3磁铁 磁通密度范围在（0.2～1.0）T以内，在样品所处范围内磁通密度均匀性应优于土1% 6.3.4开关矩阵 用于改变样品中电流方向和测量相对应电极的电压，开关矩阵应具有良好的绝缘性和可靠性。 6.4低温样品室 6.4.1低温样品室，温度在(-263.15～26.85）℃范围内应连续可调，控温精度应优于士1℃。 6.4.2低温测量装置，应靠近被测样品，测温精度优于土1℃。 6.5高温样品室 6.5.1高温样品室，温度在(26.85～426.85）℃范围内应连续可调，控温精度应优于土1℃。 6.5.27 高温测量装置，应尽量靠近被测样品，测温精度应优于土1℃。 6.5.3样品防止氧化装置，用于保护样品及电极在高温下不被氧化。 7试样制备 7.1样品选择 样品应为厚度均匀且无空洞的单晶。尽量选取对称性好的样品，样品周长Lp应大于1.5cm，厚度ts 应不大于0.1cm（厚度的测量按照GB/T30867一2014的规定进行）。典型试样形状见图1。 7.2“样品清洗 样品依次用丙酮、酒精进行超声清洗。 7.3制备掩膜 根据样品的形状、尺寸制备掩膜，把电极区域以外的样品表面覆盖起来。 7.4制备金属膜 7.4.1对于电阻率小于10’2·cm的样品，N型碳化硅一般用Ni、Au/Ni或Au/NiCr合金作为欧姆接触 材料，P型碳化硅用A1或Ti作为欧姆接触材料。 7.4.2碳化硅材料多型较多，不同多型性质不尽相同，电极制备材料及工艺也有一定差别，相同的碳 化硅材料也会有多种电极制备方法。电极应能形成欧姆接触，接触电阻与被测样品相比足够小（对于c、 d两种形状的晶片，一般电极≤边长的10%），且所用材料能够耐受测量所需经历的高温或低温。 3 SJ/T11499—2015 7.5金属膜合金化 把成膜后的样品放入合金炉在合适条件下进行合金化，温度应控制在（950土10）℃，时间为（8～ 12）min，真空度应优于10-Pa。 8测试环境 8.1温度：（18~28）℃。 8.2相对湿度应不大于75%。 9 测试程序 9.1 电阻率的测量及计算 9.1.1样品放置 把洁净的、已经做好欧姆接触的样品放入样品室，移动样品室使样品放置在磁铁的磁极片之间， 使磁通量与样品的两个平面垂直，电阻率测量在零磁场下进行。 9.1.2电阻率的测量 测量系统连接如图2。四个电极中两相邻电极通电流，另两相邻电极用于测量电压，得到两电极间 电压差V1（+），改变电流方向得到VI（-），在四个电极中循环此过程，依次得到V（+）、VI（-）、 V2 (+)、V2 (-)、Vs (+)、Vs (-)、V4 (+)、V4(-)。 注：V（+）、（-）、V2（+）、Vz（-）、Vs（+）、Vs（-）、V4（+）、V4（-）均为电压差绝对值。 恒流源 样品 开 关 短 电压表 电流表 图2霍尔测量系统连接示意图 9.1.3电阻率的计算 根据9.1.2测试得到的数据，电阻率按公式（4）计算： πt, (R +R, (4) In 2( SJ/T114992015 其中： (5) 4 1 V2 (+)+ V (-)+ V4 (+)+ V(-) R，= (6) 41 9.2霍尔系数的测量及计算 9.2.1霍尔系数的测量 在垂直于样品表面的方向上施加磁场，在四个电极中选定相对的一对电极通电流，测量并记录另一 对电极上的电压及电压符号，分别改变磁场及电流的方向，可得到V（B+，I）、Vi（B+，I）、Vi（B.， I）、V（B.，I）。用另一对电极通电流，可获得另一组数据Vz（B+，I）、V2（B+，I）、V2（B.，L）、 V2(B.,I)。 9.2.2霍尔系数的计算 分别根据公式(7)、(8)、(9)计算得到VH1、VH2和VH，再根据公式(2)计算得到霍尔系数RH。 V(B+,I+)-V(B+,I_)+V(B_,I_)-V(B_,I+) VHI= (7) 4 _ V2(B+,I+)-V2(B+,I-)+V2(B-,I-)-V2(B-,I+) VH2: (8) 4 (9) 2 9.3导电类型的判断 霍尔系数为负数时，导电类型为N型，霍尔系数为正数时，导电类型为P型。 9.4霍尔迁移率的计算 根据9.1.3和9.2.2得到的电阻率p和霍尔系数RH，按公式(3)计算得到霍尔迁移率μH。 9.5载流子浓度的计算 利用9.2.2计算得到的霍尔系数RH，根据公式(10)可计算出载流子浓度n或p: n(p)= ·(10) 式中： n(p)- 载流子浓度，cm3； RH 霍尔系数，cm/C； 电子所带电荷，C。 e 10精密度 在重复性条件下，本方法的测量结果相对标准偏差小于20%。 5