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INSTRUMENT FOR MEASURING ELECTRIC CHARACTERISTICS

Patent code P07A010397
Posted date Aug 31, 2007
Application number P2005-303364
Publication number P2007-115769A
Patent number P5167527
Date of filing Oct 18, 2005
Date of publication of application May 10, 2007
Date of registration Jan 11, 2013
Inventor
  • (In Japanese)鮫島 俊之
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人東京農工大学
Title INSTRUMENT FOR MEASURING ELECTRIC CHARACTERISTICS
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric characteristics measuring instrument of semiconductor in which electric characteristics of a semiconductor sample and the interface between a semiconductor and an insulation film can be measured accurately.
SOLUTION: An AC voltage is supplied from an AC voltage/current source 30 through an inductance 20 to a semiconductor sample 10 for measuring the electric characteristics. Potential across the inductance 20 is measured by means of an electric measuring instrument 40. Frequency of the AC voltage/current source 30 is set to satisfy the LC resonance conditions of the inductance 20(L) and the capacitance C of an insulation film 11 provided on the surface of the semiconductor sample 10. Consequently, the electric characteristics of the semiconductor sample 10 can be measured without removing the insulation film 11 bonded to the surface of the semiconductor sample 10.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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

Field of industrial application (In Japanese)


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。

Scope of claims (In Japanese)
【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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2005303364thum.jpg
State of application right Registered
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