硅单晶电阻率的测定 直排四探针法和直流两探针法 GBT 1551-2021.pdf

ICS 77.040CCS H 21GB中华人民共和国国家标准GB/T1551-2021代替GB/T1551-2009硅单晶电阻率的测定直排四探针法和直流两探针法Test method for measuring resistivity of monocrystal siliconIn-line four-point probe and direct current two-point probe method2021-05-21发布2021-12-01实施国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会发布GB/T1551-2021ff)删除了直流两探针法“试剂”中的丙酮、乙醇（见2009年版的16.2、16.3）：gg)更改了直流两探针法中欧姆接触材料和磨料的要求（见7.2.2、7.2.3,2009年版的16.4、16.5）：hh)增加了直流两探针法中显微镜放大倍数的要求（见7.3.5）；ii)删除了直流两探针法中的化学实验室设备（见2009年版的17.7）：)删除了直流两探针法“试样制备”中对品体导电类型的要求（见2009年版中的18.1）：kk)更改了直流两探针法在第二测量道上测试的条件（见7.4.2、7.5.3.10,2009年版的18.2、19.3.10）:11)更改了直流两探针法中样品表面处理的描述（见7.4.3、7.4.4,2009年版的18.3、18.4）：mm)更改了直流两探针法测试设备适用性检查中模拟电阻平均值R.的要求（见7.5.2.2,2009年版的19.2.2.3)：nn)更改了直流两探针法测试精密度的内容（见7.7,2009年版的第21章）。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与材料标准化技术委员会(SAC/TC203)和全国半导体设备与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：中国电子科技集团公司第四十六研究所、有色金属技术经济研究院有限责任公司、有研半导体材料有限公司、广州市昆德科技有限公司、青海芯测科技有限公司、浙江海纳半导体有限公司、乐山市产品质量监督检验所、中国计量科学研究院、亚洲硅业（青海）股份有限公司、浙江金瑞泓科技股份有限公司、开化县检验检测研究院、南京国盛电子有限公司、青海黄河上游水电开发有限责任公司新能源分公司、义乌力迈新材料有限公司。本文件主要起草人：刘立娜、刘兆枫、何炬坤、刘刚、杨素心、孙燕、高英、王昕、梁洪、潘金平、楼春兰、宗冰、李慎重、潘文宾、蔡丽艳、王志强、皮坤林本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为：一1979年首次发布为GB1551一1979：1995年第一次修订时，并人了GB5253一1985储单晶电阻率直流两探针测量方法的内容；2009年第二次修订时，并入了GB/T1552一1995硅、锗单晶电阻率测定直排四探针法的内容(GB/T1552一1995的历次版本发布情况为：GB1552一1979硅单品电阻率直流四探针测量方法、GB/T1552一1995硅、锗单晶电阻率测定直排四探针法，其中GB/T1552一1995代替GB1552一1979、GB5251一1985、GB6615一1986)，并删除了锗单品电阻率测试方法的内容；本次为第三次修订。GB/T1551-2021硅单晶电阻率的测定直排四探针法和直流两探针法1范围本文件规定了用直排四探针法和直流两探针法测试硅单晶电阻率的方法。本文件适用于硅单晶电阻率的测试，其中直排四探针法可测试的p型硅单品电阻率范围为710-+2cm81032cm,n型硅单品电阻率范围为710-+2cm1.5102cm:直流两探针法适用于测试截面积均匀的圆形、方形或矩形硅单晶的电阻率，测试范围为110-m110cm,样品长度与截面最大尺寸之比不小于3：1。硅单晶其他范围电阻率的测试可参照本文件进行。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，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件：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/T1550非本征半导体材料导电类型测试方法GB/T14264半导体材料术语3术语和定义GB/T14264界定的术语和定义适用于本文件。4试验条件环境温度为235，相对湿度不大于65%。5干扰因素5.1光照可能影响电阻率测试结果.因此，除非是待测样品对周围的光不敏感，否则测试宜尽量在光线较暗的环境或遮光罩中进行。注：对于电阻率大于1032cm的样品，光照的影响更显著5.2当测试仪器放置在高频干扰源附近时，有可能会导致样品内交流干扰产生杂散电流，引起电阻率测试结果的误差，此时仪器应有电磁屏蔽。5.3样品中电场强度不宜过大，以避免少数载流子注入。对于高电阻率，长寿命的样品，少数载流子注入可能导致电阻率减小。少数载流子注人对电阻率的影响可以通过低电流下重复测试获得，重复测试电阻率不发生变化，说明少数载流子注人的影响很小。如果使用的电流适当，用该电流的2倍或1/2倍进行测试时，引起电阻率的变化应不超过士0.5%。5.4电阻率测试受温度影响，因此需要保持测试过程中测试环境的温度稳定。测试基准温度为GB/T1551-2021230.5，其他温度(1828)下进行测试的结果可进行适当修正，建议仲裁测试时的环境温度为230.5。5.5探针振动会引起接触电阻的变化，如果遇到这种情况，仪器和样品应安装隔震装置，或设备应安装防震装置。5.6由于探针头类型和压力对测试结果有影响，测试时应根据样品的形状选择合适的探针头类型和压力。5.7直排四探针法测试的干扰因素还有以下几种：a)样品在测试过程中电流过大或通人电流时间过长，都可能使样品测试区的温度提高，因此测试过程中电流宜尽可能小，每次测试通电时间宜尽可能短，如果电阻率随通电时间的增大而变化，说明样品发热，此时宜采用散热器，使样品在测试温度下保持足够的时间，以便温度平衡；b)仲裁测试时要求厚度按6.4.3的规定进行测试，一般测试用户可以根据实际需要确定厚度的允许偏差；c)由于硅单晶径向电阻率不均匀及样品存在有限边界.探针与样品接触的位置可能影响电阻率测试结果，仲裁测试时探针应在样品中心0.25mm范围内，选择探针间距为1.59mm。5.8直流两探针法测试的干扰因素还有以下几种：a)如果样品中存在电阻率不均匀，直流两探针法的测试结果只能代表品体某测试截面电阻率的平均值，此时从硅单晶切下的硅片的电阻率与直流两探针法测试的硅单晶电阻率不相关；b)样品中存在轻微裂痕（一般肉眼不可见）或其他机械损伤时，可能会给出错误的电阻率测试结果；c)样品整个晶体的导电类型不唯一时，可能会给出错误的电阻率测试结果。6直排四探针法6.1原理排列成一直线的四根探针垂直地压在近似为半无穷大的平坦样品表面上，当直流电流由探针1、探针4流入半导体样品时，根据点源叠加原理，探针2、探针3位置的电位是探针1、探针4点电流源产生的电位的和，探针2、探针3之间的电势差即为电流源强度、样品电阻率和探针系数的函数。将直流电流I在探针1、探针4间通人样品，测试探针2、探针3间所产生的电势差V,根据测得的电流和电势差值，按公式(1)计算电阻率，测试示意图见图1。对圆片样品还应根据其厚度、直径与平均探针间距的比例，利用修正因子进行修正。p-25Y(1)式中：电阻率，单位为欧姆厘米(cm);S探针间距，单位为厘米(cm);V测得的电势差，单位为毫伏(mV);I测得的电流，单位为毫安(mA)。2