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電気特性測定装置

国内特許コード P07A010397
掲載日 2007年8月31日
出願番号 特願2005-303364
公開番号 特開2007-115769
登録番号 特許第5167527号
出願日 平成17年10月18日(2005.10.18)
公開日 平成19年5月10日(2007.5.10)
登録日 平成25年1月11日(2013.1.11)
発明者
  • 鮫島 俊之
出願人
  • 国立大学法人東京農工大学
発明の名称 電気特性測定装置
発明の概要

【課題】半導体試料及び半導体と絶縁膜界面の電気特性を正確に測定することができる半導体の電気特性測定装置を提供する。
【解決手段】交流電圧電流源30からインダクタンス20を介して電気的特性を測定するための半導体試料10に交流電圧を供給する。そして、電気計測器40によって、インダクタンス20の両端の電位を計測する。交流電圧電流源30の周波数は、インダクタンス20(L)と半導体試料10の表面に設けられる絶縁膜11のキャパシタンスCとのLC共振条件を満足させるように設定される。これにより、半導体試料10の表面に接着される絶縁膜11を取り除くことなく、半導体試料10の電気的特性を測定することが可能となる。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


半導体材料はトランジスタ、太陽電池等電子デバイスに広く使用されている。この半導体におけるキャリヤ伝導や表面状態の電気的特性を評価することは、半導体材料の特性を知り、半導体デバイスを歩留り良く製造する上できわめて重要である。
通常、半導体表面には、絶縁膜、例えば表面保護の絶縁膜、ゲート絶縁膜、フィールド絶縁膜等が形成されており、半導体のこの絶縁膜との界面準位密度が、半導体の電気的特性、つまり半導体デバイスの電気的特性に大きく影響する。



従来、半導体の電気的特性を評価する方法として、半導体表面に金属と絶縁体を積層した構造の半導体試料に、バイアス電圧を印加してその容量-電圧特性を測定して評価する方法が広く用いられている。この方法は、バイアス電圧を上記金属側に印加するとともに、小さく変調された高周波電圧をバイアス電圧に重畳させることにより、測定すべき半導体試料内に発生する空乏層の変化に起因する容量変化を測定し、この半導体の容量とバイアス電圧との関係を算出する方法である。この方法によれば、バイアス電圧-容量特性から絶縁膜中の電荷量や、絶縁膜と半導体との界面準位密度を算出することができる。
しかし、この測定方法では、空乏層の存在が必要であり、この空乏層の形成のため半導体の厚さが10μm以上であることが必要とされる。このため、空乏層の厚さが小さい薄膜半導体では、この電圧-容量の変化から半導体特性を正確に評価することが困難であるという問題があった。



また、他の測定方法として、パルス光を照射したときに半導体内に誘起される過剰少数キャリヤの減衰時間、すなわちライフタイムを、マイクロ波帯の光反射率の変化に基づいて評価し、半導体内のキャリヤ伝導機構を調べることにより半導体内の電気的特性を評価する方法が提案されている(例えば特許文献1を参照。)。



しかし、この方法においても、マイクロ波帯の光反射率の変化からキャリヤ濃度の変化を直接評価することは、実際には困難であり、また、マイクロ波発生電源や、マイクロ波を誘導する導波路等が必要であることから、測定装置が複雑になるという問題もあった。
また、半導体表面の絶縁膜を剥がして電気的特性測定のための電極を半導体面上に形成して測定することも考えられるが、この方法では正確な測定がなされないため、望ましい測定方法ではなかった。




【特許文献1】特開平4-282846号公報

産業上の利用分野


本発明は、半導体内のキャリヤ伝導機構の測定に用いて好適な半導体の電気特性測定装置に関し、特に半導体表面の電位及び欠陥解析、及びキャリヤ伝導機構等の電気特性測定装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
交流電圧電流源と、
電気特性を測定するための半導体試料と、
該半導体試料の表面に接続された絶縁膜と、
前記絶縁膜を介して前記交流電圧電流源からの交流電圧を前記半導体試料に印加する電極と、
前記電極と前記交流電圧電流源との間に接続されるインダクタンスと、
前記インダクタンスと前記電極との間の電位を測定するための電位測定手段と、
を備え、
前記絶縁膜のキャパシタンスと前記インダクタンスとの合成インピーダンスが、前記交流電圧電流源の周波数においてゼロとなる共振条件を形成するようにしたこと
を特徴とする電気特性測定装置。

【請求項2】
請求項1に記載の電気特性測定装置において、
前記半導体試料に直流バイアス電圧を印加することを特徴とする電気特性測定装置。

【請求項3】
請求項1に記載の電気特性測定装置において、
前記半導体試料に光を照射する光照射手段を有することを特徴とする電気特性測定装置。

【請求項4】
請求項1~3のいずれか1項に記載の電気特性測定装置において、
前記電極に液体金属電極を用いることを特徴とする電気特性測定装置。

【請求項5】
請求項1~4のいずれか1項に記載の電気特性測定装置において、
前記電極と前記半導体試料との間に空隙を設け、前記絶縁膜のキャパシタンス及び前記空隙のキャパシタンスとの合成キャパシタンスと、前記電極と前記交流電圧電流源との間に接続されるインダクタンスとの合成インピーダンスがゼロとなる条件で、前記交流電圧電流源の周波数を設定することを特徴とする電気特性測定装置。
産業区分
  • 固体素子
  • 試験、検査
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005303364thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
※ 国立大学法人東京農工大学では、先端産学連携研究推進センターにおいて、知的財産の創出・権利化・活用に取り組んでいます。上記の特許・技術の内容および導入に興味・関心がありましたら、当センターまでお気軽にお問い合わせください。


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