国家标准 GB/T15502018 代替GB/T15501997 非本征半导体材料导电类型测试方法 Iestmethodsforeondwetivitytypeofextrinsicsemieonductingmaterials 2018-12-28发布 2019-11-01实施国家市场监督管理总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB/T1550一2018 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准代替GB/T1550一1997《非本征半导体材料导电类型测试方法》,与GB/T15501997相比主要技术变化如下 -适用范围修改为“本标准适用于硅、错非本征半导体材料导电类型的测试,其他非本征半导体材料可参照本标准测试”(见第1章,1997年版的第1章) -增加了术语和定义(见第3章); 将原标准的1.21.9修改为“4.1总则”(见4.1,1997年版的1.21.9); 修改了方法A、方法D、方法D的适用范围见4.1.2、4.1.5、4.1.6,1997年版的1.3、1.6、1.7); -增加了方法E表面光电压法)测试导电类型(见4.1.7、4.5、5.5、7.6,9.5); 增加了“如果采用9.1~9.5的测试步骤能够获得稳定的读数和良好的灵敏度,则表明试样表面无沾污或氧化层如果读数不稳定或灵敏度差,则表明试样表面已被沾污或有氧化层,可采用8.2中的方法对试样表面进行处理 ”见9.6); 增加了试验结果的分析(见第10章) 本标准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会(sAC/Tc203/SC2)共同提出并归口本标准起草单位;乐山市产品质量监督检验所、计量科学研究院、广州市昆德科技有限公司、瑟米莱伯贸易(上海)有限公司、浙江海纳半导体有限公司、新特能源股份有限公司、江苏中能硅业科技发展有限公司、峨媚半导体材料研究所、洛阳中硅高科技有限公司、中错科技有限公司、云南冶金云芯硅材股份有限公司、江西赛维LDK太阳能高科技有限公司、北京合能阳光新能源技术有限公司本标准主要起草人;梁洪、王莹,赵晓斌、高英,王听,王飞尧、黄黎、徐红赛、邱艳梅,刘晓霞、杨旭、张园园、刘新军,徐远志、程小娟、潘金平、肖宗杰本标准所代替标准的历次版本发布情况为 GB15501979,GB/T1550-1997; GB5256一1985
GB/T1550一2018 非本征半导体材料导电类型测试方法范围本标准规定了非本征半导体材料导电类型的测试方法本标准适用于硅、错非本征半导体材料导电类型的测试,其他非本征半导体材料可参照本标准测试本标准方法能保证对均匀的同一导电类型的材料测得可靠结果;对于导电类型不均匀的材料,可在其表面上测出不同导电类型区域本标准不适用于分层结构材料(如外延片)导电类型的测试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文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T1551硅单晶电阻率测定方法 GB/T4326非本征半导体单晶霍尔迁移率和霍尔系数测量方法 GB/T14264半导体材料术语术语和定义 GB/T14264界定的术语和定义适用于本文件方法提要 4.1总则 411本标准包括五种测试方法;方法A热探针法;方法B冷探针法;方法c -点接触整流表全类型整流法,方法D 全类型热电势法;方法E- 法;方法D 全类型法,包括方法D 面光电压法 4.1.2方法A;适用于电阻率20Qcm以下的N型和P型错材料及电阻率1000Qcnm以下的N型和P型硅材料 4.1.3方法B;适用于电阻率20Qcm以下的N型和P型错材料及电阻率1000Qcenm以下的N型和P型硅材料 4.1.4方法C:适用于电阻率1Q cm1000Qcm的N型和P型硅材料 4.1.5方法D;适用于电阻率1Q cm~ 36Qcm的N型和P型储材料及电阻率0.1Q cm 3 000nem的N型和P型硅材料 4.1.6方法D.;适用于电阻率0.2cm1Qem的N型和P型硅材料 em~3000Qcenm的N型和P型硅材料 4.1.7方法E;适用于电阻率0.2Q 4.1.8方法A方法E也可用于测试超出4.1.24.1.7界定范围的非本征半导体材料,但其适用性未经试验验证
GB/T1550一2018 4.1.9如果用方法A方法E都不能得到准确的结果,建议采用GB/T4326中规定的霍尔效应测试方法确定试样的导电类型 4.2方法A(热探针法)和方法B(冷探针法) 用具有不同温度的两支金属探针接触试样,在两支探针间产生热电势信号,据此可检测出试样的导电类型若试样为N型,相对于较冷的探针,较热的探针呈现为正极;若试样为P型,则较热的探针呈现为负极用一个中心刻度为零的电压表或微安表,可观察到这种极性指示最大温差发生在加热或制冷的探针周围,因此所观察到的信号极性是由这两支探针接触试样部分的导电类型决定的 4.3方法C点接触整流法通过试样与金属点接触处的电流方向来确定试样的导电类型若试样为N型,金属点接触处为负极;若试样为P型,金属点接触处为正极将一个交变电压加在金属点接触和另一个大面积欧姆接触之间,则在中心刻度为零的电流检测器,示被器或曲线示踪仪上可观察到电流的方向由于在金属点按触处会出现整流现象,而在大面积欧姆接触处则不会发生,因此电流方向是由金属点接触处试样的导电类型决定的 4.4方法D(全类型法 4.4.1方法D;用点接触反向偏置电压极性来确定试样的导电类型在接触试样的两个触点间加一个交变电压,在上半个周期内,一个触点会反向偏置,并承受大部分电压降在紧接着的下半个周期内,这个触点会正向偏置,触点上的电压降比上半个周期要小得多,这相互起伏的电压降中有直流分量,而该直流分量,可通过第三个触点检测出观察零位指示器指针的偏转情况或数字电压表读数.若指针指示为正,则试样为P型;若指针指示为负,则为N型 4.4.2方法D;在试样的一对触点1-2间通过交变电流,在试样上建立一个热梯度由另一对触点3-4 可检测出该热梯度形成的热电势对于N型材料,触点3相对于触点4是较热的,触点3呈正电位;对于P型材料,相对于触点4,触点3将呈现为负电位触点1、2、3、4为图7中所示的探针顺序号 4.5方法E表面光电压法通过测试表面光电压的变化趋势来确定试样的导电类型当光照射试样时,会产生非平衡载流子从而改变试样表面相对于体内的电势光照前后试样表面电势之差称为表面光电压不同导电类型的半导体材料表面光电压的变化趋势是相反的,所以通过测试表面光电压的变化趋势可以确定试样的导电类型干扰因素 S 5.1方法A(热探针法 5.1.1一些高电阻率的硅和错试样,由于其电子迁移率高于空穴迁移率,在热探针的温度下大多呈现为本征半导体材料因此,在此温度下其热电势总是负的 5.1.2热探针上覆盖有氧化层时会造成不可靠的测试结果 5.1.3探针压力不足时,电阻率高于40Qcm的N型错材料会呈现P型导电类型 5.1.4当热探针轻压与重压时的导电类型相反时,以重压时显示的导电类型为准,避免表面反型层对测试结果的干扰
GB/T1550一2018 5.2方法B(冷探针法 5.2.1冷探针上不应结冰在常压下长期使用,冷探针结冰会得出错误结果 5.2.2冷探针上覆盖有氧化层时会造成不可靠的测试结果 5.2.3冷探针压力不足时,电阻率高于20Qcm的N型错材料会呈现P型导电类型 5.3方法C(点接触整流法方法C表示的是试样原始表面的导电类型,若试样表面有氧化层,则相当于其表面有一 5.3.1 层绝缘层,会导致电流检测器无指示 5.3.2若大面积欧姆接触不稳定,有时会使读数相反点接触压力过大,可使大面积欧姆接触变成- 个良好的整流接触,也可使读数相反 5.3.3手或其他物品接触试样所引起的干扰会导致错误读数 5.3.4若试样表面经化学腐蚀处理,各种腐蚀剂和腐蚀操作会引起试样表面特征不可控制的变化 5.4方法全类型法) 5.4.1对于低电阻率的材料,使用方法D测试其导电类型时,由于输出信号低,可能会导致完全错误的结果对于硅材料,如果输出信号低于0.5V,不推荐使用方法D 5.4.2对于电阻率较高的材料,方法D也可能导致完全错误的结果 5.5方法E(表面光电压法 5.5.1如果样品表面存在大量静电荷(如表面氧化层上的电荷),将会在样品表面导致多子积累,影响表面光电压信号的产生,无法进行测试另外,样品表面残留的钝化试剂、酸液以及活性化学试剂也会影响测试 5.5.2硅片表面的损伤层会干扰表面光电压信号的产生,因为损伤层没有确定的能带结构,如果损伤层的厚度比测试所采用的激发光的注人深度更大,将很难产生表面光电压信号 5.6其他 5.6.1热施主(主要是氧施主)的存在会干扰测试结果,对于含有较多氧施主的P型样品来说,其测试结果可能显示为N型 5.6.2试样表面有沾污或有氧化层时会造成不可靠的测试结果若有强光照射试样,方法A一方法E都有可能得出错误的读数,尤其是高电阻率试样 5.6.3 5.6.4测试环境周围的高频电场也会引起寄生整流,导致错误的测试结果试剂和材料 6.1蒸水或去离子水;在25C时水的电阻率高于2Mnem 6.2冷却剂:干冰与丙酮的混合物、液氮或其他冷却剂 6.3不锈钢丝棉或其他等同材料仪器和设备 7.1方法A(热探针法方法A的测试设备如图1所示,主要由以下几部分组成:
GB/T1550一2018 两支探针,选用不锈钢或镍材料制作,每支探针针尖成60°的锥体,其中一只探针杆有加热功 a 能,能使热探针温度加热到40C一60C; b 零位指示器,其偏转灵敏度不低于1×10-A/mm:; 温度传感器,用于测量热探针温度 c 零秘指示器 N型 P型加热线圈可变电源金属探针热探针法测试设备示意图 7.2方法B(冷探针法方法B的测试设备如图2所示,主要由以下几部分组成 a 两支探针,用铜材或铝材制作,针杆用酌瞪等材料绝缘,其中一支探针的热容量至少是15《钳的热容量将探针在冷却剂中浸5min,在25C的环境下,探针能维持在一40左右约 5min 每支探针针尖成60"的锥体,接触半径约2004mm. b 零位指示器,其偏转灵敏度不低于1×10-”A/mm. 零位指示器 N型 P型屏蔽线绝缘探针针尖冷却剂保温瓶图2冷探针法测试设备示意图
GB/T1550一2018 7.3方法c点接触整流法方法C的测试设备分别如图3、图4和图5所示.主要由以下几部分组成自羁变压器,能使50Ha或60Hz的0v一15V电压加到待测试样上(见图3,图4); a b 隔离变压器,能使50Hz或60Hz的220V电压降为50Hz或60Ha的15V电压(见图3、图4); 探针,用铜、鹤、铝或银等合适的导体制成-探针一头呈锥形接触半径不大于504m. d 大面积欧姆接触器,采用铝箔或钢箔等软性导体和弹簧夹具或其他类似方式构成; 电流检测器(见图3),检测器中心刻度为零,其满刻度灵敏度至少要优于200A,或示波器(见图4),或曲线示踪仪(见图5) 电流检测器 N型 P型隔离变压器自糊变压器点接触欧姆接触试样图3电流检测器显示的点接触整流法测试设备示意图点接触试样欧姆按触隔离变压器 R示被然水平板极电压人 B 自械变压器示波器垂直板极 (电流》 P型 N型图4示波器显示的点接触整流法测试设备及典型显示图形示意图
GB/T1550一2018 曲线示踪仪发射极引线集电极引线试样欧姆接触 P型 N型图5曲线示踪仪显示的点接触整流法测试设备及典型显示图形示意图 7.4方法D.全类型整流法方法D的测试设备如图6所示,主要由以下几部分组成: 三支探针,可采用GB/T1551中直排四探针法测试电阻率用的直排四探针中的三支探针; a) b)交流电源,电压为6V一24V,一般采用12.6v,限制电流不大于1.0A 零位指示器,偏转灵敏度不低于1×10-”A/mm,与1MQ电阻串联后至少应有0.1V/mm的 c 分辨率;或极性指示数字电压表(DVM),其分辨率优于0.1V/单位刻度 -零位指示器 P型 N型 0Hz/60比 50Hz/60H 十=P型或成 =N型 12.6v 12.6V HI Lo DVM 2< 12o 1MQ3 i0w 10w 当果用零位指示器采用数字电压表图6全类型整流法测试设备示意图 7.5方法D.(全类型热电势法方法D的测试设备如图7所示,主要由以下几部分组成直排四探针,同GB/1551中直排四探针法测试电阻率用的四支探针 a b 零位指示器,灵敏度优于1X10A/mm;或极性指示数字电压表,精度优于100aV/单位刻度; 交流电源,电压为6V一24V,一般采用12.6V,限制电流不大于1.0A
GB/T1550一2018 零位指示器 N型 P型 50Hz/60 50luz/60 =P不 N型或 12.6V 12.6V DV 129 S" 10W 采用零位指示器采用数字电压表图7全类型热电势法测试设备示意图 7.6方法E(表面光电压法方法E的测试设备如图8所示,主要由以下几部分组成脉冲光源驱动器; b)测量探头,包含激发光源、感应电极片等; c 信号处理电路; d)显示装置脉冲光激驱动器信号处理电路数字采集处理器显示狄动测量探头电荷放大器控制模块显示装置电路极性处理模块待测样品图8表面光电压法测试设备示意图 7.7挡板挡板在测试过程中用于遮挡光线,防止光线照射试样 7.8高频屏蔽装置高频屏蔽装置用于避免高频对测试结果的影响,需要时连接好导线 7.9研磨或喷砂设备研磨或喷砂设备用于处理试样
GB/T1550一2018 8 试样 8.1试样表面应清洁,无沾污或氧化层 8.2若试样表面有外来物质沾污或有氧化层,可对试样表面进行研磨或喷砂处理,并将处理后的试样用水清洗干净、干燥 g 测试步骤 g.1方法A(热探针法 9.1.1检查热探针是否接于零位指示器的负极 9.1.2用不锈钢丝棉抛光热探针尖,除去其表面氧化层 g.1.3将热探针加热到40C~60,用测温装置测其温度 9.1.4支撑试样保证其不被损伤,使两支探针的间距在几毫米之内并向下稳稳地压到试样上 9.1.5观察零位指示器指针的偏转情况指针向正方向偏转,则试样为P型;若指针向负方向偏转,则试样为N型 g.1.6在试样表面的测试区上移动探针,测试其导电类型 9.2方法B(冷探针法 9.2.1检查冷探针是否接于零位指示器的正极 9.2.2将冷探针在冷却剂中浸约5 min 9.2.3按9.1.49.1.6进行测试 9.3方法c(点接触整流法) g.3.1检查电路连接是否与图3、图4或图5一致 g.3.2将大面积欧姆接触器放在清洁的试样上,并固定好 9.3.3如采用电流检测器显示,点接触探针应接于指示器正极若指示器的指针偏向正极,则试样为P 型;若指针偏向负极,则试样为N型如果指针偏转不稳定,则不适宜采用该方法测试 9.3.4如采用示波器显示,则将点接触探针和欧姆接触器分别接到示波器水平板极两极,按图4所示的整流特性测试导电类型 9.3.5如采用曲线示踪仪显示,则将点接触探针接到示踪仪的集电极端,将欧姆接触器接到示踪仪的发射极端,调节示踪仪上的刻度调节钮,手动变换曲线示踪仪的极性,直到能看到完整的整流特性曲线按图5所示,测试试样导电类型 g.3.6在试样表面的测试区域上移动点接触探针,测试试样的导电类型 9.4方法(全类型法》 9.4.1检查电路连接是否与图6一致 9.4.2支撑试样保证其不被损伤,将探针与试样接触 g.4.3观察零位指示器指针的偏转情况或数字电压表读数,若指针指示为正,则试样为P型;若指针指示为负,则试样为N型如果零位指示器指示值小于0.5A或数字电压表的读数小于500mV,则不能用方法D进行测试
GB/T1550一2018 g.4.4如果用方法D不能进行测试,应改用热电势法D进行测试将探针按图7所示连接好,3号探针靠近热源热源是由1号、2号探针间通人电流的方法产生的将3号探针接到零位指示器的负极或数字电压表的低阻端,使探针与试样接触,观察零位指示器指针的偏转情况或数字电压表读数,若指针指示为正,朋试样为P型;若指针指示为负,则试样为N敷 9.4.5在试样表面的测试区上移动探针,测试试样的导电类型 9.5方法E(表面光电压法 9.5.1检查电路连接是否与图8一致 9.5.2将待测试样放置在样品台上,脉冲光源驱动器驱动红外激光器发射一定频率的脉冲光,脉冲光照射在试样上 9.5.3试样表面在脉冲光照射下激发出光电压,感应电极片采集因光电压引起的静电荷,经同轴电缆线传送至电荷放大器 9.5.4电荷放大器把静电荷变为电压信号并放大,信号处理电路对放大后的电压信号进行同步整形、极性判断、数值转换,得到待测试样的导电类型 9.6其他如果采用9.1~9.5的测试步骤能够获得稳定的读数和良好的灵敏度,则表明试样表面无沾污或氧化层如果读数不稳定或灵敏度差,则表明试样表面已被沾污或有氧化层,可采用8.2中的方法对试样表面进行处理 10试验结果的分析本标准中的方法A,C,D,D、E在不同实验室进行了对比试验,测试结果见表1 由表1可知各测试方法导电类型测试结果完全正确的电阻率范围.见表2 本标准各测试方法的适用范围参照表2的数据确定表1测试结果方法A 方法C 方法D 方法D 方法E 材料电阻率导电类型 Qcm 类型正确数测试数正确数测试数正确数测试数正确数测试数正确数测试数硅 0,004 0.,016 硅硅 0.017 0.097 硅 N 0.148 硅硅 1.4 硅 1.6 1.7 硅 N 硅硅 N 63
GB/T1550一2018 表1续方法A 方法C 方法D 方法D. 方法E 材料电阻率导电类型类型 Qcm 正确数测试数正确数测试数正确数测试数正确数测试数正确数测试数硅 120 5 170 硅 N 硅 580 1060 硅硅 1500 硅 3800 9000 硅硅 15000 0.007 错错 0.0087 0.88 错 3.5 储 N 错 19 错 24 N 错 31 36 错表2测试结果完全正确的电阻率范围测试方法材料类型测试结果完全正确的电阻率范围 N型和P型硅材料 0.097Qcm3800Qem 方法A N型和P型储材料 0,007Qcm~19Qcm N型和P型硅材料 1.4ncm170Qcm 方法C N型和P型错材料无 N型和P型硅材料 0.148ncm~15000ncm 方法D 0,88Qem~36Qem N型和P型错材料 N型和P型硅材料 0.148Qcem一4ncm 方法D 无 N型和P型储材料 63Qem~15000Qcm N型和P型硅材料方法E N型和P型错材料 10
GB/T1550一2018 试验报告试验报告应包括以下内容: 测试单位和测试人; a 使用的测试方法; b 使用的设备名称; c d 试样名称和编号; 测得的试样导电类型,如果试样导电类型为混合型,应定量画出所测不同导电类型的轮廓 ee 本标准编号; fD 测试日期 g

非本征半导体材料导电类型测试方法GB/T1550-2018

一、测试原理

非本征半导体材料是指通过掺杂或缺陷引入杂质，使其电导率明显增大的半导体材料。而导电类型则是指掺杂或缺陷引入的杂质对材料导电性质的影响。在材料制备和器件制作中，准确测试非本征半导体材料导电类型十分重要。

非本征半导体材料导电类型测试方法GB/T1550-2018规定了用于测量非本征半导体材料导电类型的方法和通用要求。

二、测试方法

根据GB/T1550-2018的规定，非本征半导体材料导电类型测试方法主要包括以下步骤：

样品制备：将非本征半导体材料制成试片，尺寸和形状应符合要求。
测试准备：将试片放置在测试仪器中，连接测试电路，保证测试环境的恒定性。
测试操作：按照规定的方法进行测试，记录测试数据，计算样品的导电类型。

三、注意事项

在进行非本征半导体材料导电类型测试时，需要注意以下事项：

测试前应对测试仪器进行校准，保证测试结果的准确性。
在测试过程中，应保持测试环境的稳定性，避免外界干扰。
在计算样品导电类型时，应使用正确的公式和参数。

四、总结

非本征半导体材料导电类型测试方法GB/T1550-2018是指导非本征半导体材料导电类型测试的重要标准。通过严格按照该标准进行测试，可以得到准确可靠的测试结果，为材料制备和器件制作提供重要参考。