Утвержден и введен в действие

Постановлением Госстандарта СССР

от 28 октября 1983 г. N 5178

 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

 

АРСЕНИД ГАЛЛИЯ И ФОСФИД ГАЛЛИЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ

 

ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

И КОЭФФИЦИЕНТА ХОЛЛА

 

Monocrystal gallium arsenide and gallium phosphide.

Measurement of specific electric resistance

and Hall-coefficient

 

ГОСТ 25948-83

(СТ СЭВ 3910-82)

 

Группа В09

 

ОКСТУ 1772

 

Разработан Министерством цветной металлургии СССР.

Исполнители: А.В. Елютин, Н.Н. Соловьев, Н.И. Сучкова, В.М. Михайлов.

Внесен Министерством цветной металлургии СССР.

Член Коллегии А.П. Снурников.

Утвержден и введен в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 28 октября 1983 г. N 5178.

Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 28 октября 1983 г. N 5178 срок действия установлен с 01.01.1985 до 01.01.1990.

 

Настоящий стандарт устанавливает метод измерения удельного электрического сопротивления, коэффициента Холла и определения типа проводимости, концентрации и холловской подвижности основных носителей заряда для полупроводниковых материалов с удельным электрическим сопротивлением от  до  монокристаллических арсенида галлия и фосфида галлия.

Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 3910-82.

 

1. СУЩНОСТЬ МЕТОДА

 

1.1. Определение удельного электрического сопротивления основано на измерении продольного электрического поля  и плотности тока , вызываемого этим полем.

1.2. Определение коэффициента Холла основано на измерении поперечного электрического поля  , возникающего в полупроводнике, помещенном в магнитное поле индукций  при протекании через него тока плотностью  в направлении, перпендикулярном магнитному полю.

1.3. Тип проводимости полупроводникового материала устанавливают по знаку ЭДС Холла в соответствии с черт. 1.

 

 

Черт. 1

 

1.4. Концентрацию и подвижность основных носителей заряда определяют расчетным путем на основании данных по измерению удельного электрического сопротивления и коэффициента Холла.

 

2. АППАРАТУРА

 

2.1. Структурная схема установки для измерения удельного электрического сопротивления и коэффициента Холла представлена на черт. 2.

 

 

1 - измеряемый образец; 2 - магнит; 3 - источник

постоянного тока; 4 - измерительное устройство;

5 - коммутирующее устройство

 

Черт. 2

 

2.2. Требования к элементам структурной схемы в зависимости от параметров измеряемого материала приведены в табл. 1 - 2.

2.2.1. Магнит, обеспечивающий создание магнитных полей изменяемой полярности, должен удовлетворять требованиям табл. 1.

 

Таблица 1

 

─────────────────┬─────────────────────┬────────────────┬──────────────────

  Наименование      Верхний предел    │ Верхний предел │    Допустимая

    материала    │подвижности основных   магнитной      неоднородность

                 │носителей заряда мю, │   индукции в   │магнитного поля в

                        2    -1    -1 │ зазоре магнита │области измерения,

                      см  x В   x с         B, Т         %, не более

─────────────────┼─────────────────────┼────────────────┼──────────────────

                              1                      

 Арсенид галлия n│       1 x 10              1,0             +/- 2

и p-типа                                             

                              3                      

                        5 x 10              0,5      

                                                     

                              3                      

                        7 x 10              0,3      

                                                     

                              4                       

                        2 x 10              0,2      

                                                     

                              5                      

                        1 x 10              0,05     

─────────────────┼─────────────────────┼────────────────┼──────────────────

                              2                      

 Фосфид галлия n │       2 x 10              1,0             +/- 2

и p-типа                                             

                              3                      

                        1 x 10              0,5      

 

2.2.2. Источник постоянного тока, обеспечивающий создание в измерительной цепи электрического тока изменяемой полярности, должен удовлетворять требованиям табл. 2.

 

Таблица 2

 

──────────────┬──────────────┬──────────────┬──────────────┬───────────────

Верхний предел│Верхний предел│  Допустимая     Входное    Чувствитель-

  удельного   электрического│нестабильность│электрическоеность

электрического│  тока I, А   электрического│сопротивление │измерительного

сопротивления,│              │тока за время │измерительного│прибора, В

 ро, Ом x см                │ измерения, % │прибора R, Ом,│

                                             не менее  

──────────────┼──────────────┼──────────────┼──────────────┼───────────────

         -3            -1                         4             -6

   1 x 10        5 x 10         +/- 1           10            10

                                                       

         -2            -1                         4             -5

   1 x 10        2 x 10         +/- 1           10            10

                                                       

         0             -1                         4             -5

   1 x 10        1 x 10         +/- 1           10            10

                                                       

         1             -2                         5             -5

   1 x 10        1 x 10         +/- 1           10            10

                                                       

         2             -3                         6             -5

   1 x 10        1 x 10         +/- 1           10            10

                                                       

         3             -4                         7             -5

   1 x 10        1 x 10         +/- 1           10            10

                                                        

         4             -5                         8             -5

   1 x 10        1 x 10         +/- 1           10            10

                                                       

         5             -6                         9             -4

   1 x 10        1 x 10         +/- 1           10            10

                                                       

         6             -7                         10            -4

   1 x 10        1 x 10         +/- 1           10            10

                                                       

         7             -8                         11            -4

   1 x 10        1 x 10         +/- 1           10            10

                                                       

         8             -9                         12            -3

   1 x 10        1 x 10         +/- 1           10            10

                                                       

         9             -10                        13            -3

   1 x 10        1 x 10         +/- 1           10            10

 

2.2.3. Прибор для измерения электрического напряжения с погрешностью не более 1% должен соответствовать требованиям табл. 2.

2.2.4. Коммутирующее устройство должно обеспечивать проведение измерительных операций с использованием одного измерительного прибора. Значение величины электрического сопротивления изоляции контактов коммутирующего устройства не должно быть менее входного электрического сопротивления измерительного устройства.

2.3. Вспомогательные средства

2.3.1. Держатель образца должен обеспечивать:

перпендикулярность плоскости образца направлению магнитного поля с отклонением от перпендикулярности не более +/- 3°;

возможность проведения измерений при затемнении образца;

соответствие электроизоляционных свойств конструкционных материалов сопротивлению измерительного прибора.

2.3.2. Микрометр или другой инструмент для измерения толщины образца с погрешностью не более  и с погрешностью не более  для измерения толщины d <= 0,06 см.

2.3.3. Прибор для измерения силы электрического тока с погрешностью не более 0,5%.

2.3.4. Прибор для измерения абсолютного значения магнитной индукции с погрешностью не более 2%.

2.3.5. Термометр с погрешностью измерения не более 0,5 К.

 

3. МЕТОДЫ ОТБОРА ОБРАЗЦОВ

 

3.1. Измерения проводят на образцах в виде плоскопараллельных пластин (черт. 3) либо на образцах крестообразной формы (черт. 4).

 

 

Черт. 3

 

 

Черт. 4

 

3.2. Измерения полуизолирующего материала с удельным электрическим сопротивлением  проводят на образцах крестообразной формы.

3.3. Требования к характеристикам образцов приведены в табл. 3.

 

Таблица 3

 

────────┬───────┬───────┬───────────┬───────────┬──────────┬───────────────

 Форма  │ Длина │Ширина │  Толщина  Допускаемое│Расстояние   Отношение

образца │образца│образца  образца  │отклонение │  между      линейных

        │ L, см │ a, см │   d, см   │от средней │контактами│   размеров

                                   толщины    1 и 2,     контактов

                                 │образца, %,│ 3 и 4, l │к минимальному

                                 │ не более              расстоянию

                                                        между ними,

                                                         не более

────────┼───────┼───────┼───────────┼───────────┼──────────┼───────────────

Пластина│  не     не   │ 0,02 - 0,1│  +/- 5        -           0,1

        │ менее │ менее │> 0,1 - 0,2│  +/- 2,5      -           0,1

          0,5    0,5                                 

────────┼───────┼───────┼───────────┼───────────┼──────────┼───────────────

                  L                         │L       L

Крест   │ > 3a  │ < -   │ 0,02 - 0,1│  +/- 5    │- < l < - │       -

                  3   │> 0,1 - 0,2│  +/- 2,5  │4       2 │

 

4. ПОДГОТОВКА К ИЗМЕРЕНИЯМ

 

4.1. На образец крестообразной формы наносят шесть электрических контактов.

4.2. На образец в виде плоскопараллельной пластины наносят четыре электрических контакта, располагая их на периферии пластины.

Рекомендуется располагать электрические контакты на боковой поверхности пластины (черт. 3).

4.3. Электрические контакты должны обладать:

линейной вольт-амперной характеристикой (результаты измерения не должны зависеть от конкретных режимов измерений);

малым переходным сопротивлением (рекомендуемые методы оценки устанавливаются в зависимости от вида полупроводниковых монокристаллических материалов).

 

5. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

 

5.1. Измерения проводят при фиксированной температуре. Допускаемое отклонение температуры за время измерения не более 0,5 К.

5.2. Проведение измерений на образцах в виде плоскопараллельных пластин.

5.2.1. Образец устанавливают в держатель и пропускают через него электрический ток, используя одну из двух пар контактов. Фиксируют значение тока I и разности потенциалов U, возникающей на второй паре контактов, в следующем порядке:

 

, ;

 

, ;

 

, ;

 

, .

 

5.2.2. Вводят магнитное поле, фиксируют значения тока I, магнитной индукции B и разности потенциалов U в следующем порядке:

 

, ;

 

, ;

 

, ;

 

, .

 

Цифровые индексы соответствуют контактам образца (черт. 3). Значения токов при измерениях в пределах одного пункта (5.2.1 или 5.2.2) должны быть одинаковыми; значения токов при выполнении измерений по разным пунктам могут различаться в пределах требования табл. 2.

5.3. Проведение измерений на образцах крестообразной формы

5.3.1. Образец устанавливают в держатель и пропускают через него электрический ток. Фиксируют значения электрического тока в двух направлениях ,  и разности потенциалов U:

 

;

 

;

 

;

 

.

 

5.3.2. Вводят магнитное поле, фиксируют значения магнитной индукции B, электрического тока в двух направлениях ,  и разности потенциалов U:

 

, ;

 

, ;

 

, ;

 

, .

 

Цифровые индексы соответствуют контактам образца (черт. 4).

 

6. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

 

6.1. Обработка результатов измерений на образце в форме плоскопараллельной пластины

6.1.1. Значения напряжений , , ,  и коэффициенты ,  вычисляют по формулам:

 

; (1)

 

; (2)

 

; (3)

 

. (4)

 

При определении коэффициентов  и  делят большую сумму на меньшую, чтобы получить результат более 1.

 

; (5)

 

. (6)

 

При определении значений  и  алгебраически учитывают знаки величин, полученных при измерениях.

6.1.2. Определяют поправочные коэффициенты  и , в соответствии с обязательным Приложением.

6.1.3. Средние значения напряжений  и  вычисляют по формулам:

 

; (7)

 

. (8)

 

6.1.4. Удельное электрическое сопротивление , Ом x см, вычисляют по формуле

 

, (9)

 

где I - значение электрического тока, при котором проводились измерения по п. 5.2.1, А;

d - толщина измеряемого образца, см;

- среднее значение напряжения при измерении удельного электрического сопротивления, В.

6.1.5. Коэффициент Холла , см3/Кл, вычисляют по формуле

 

, (10)

 

где B - значение индукции магнитного поля, Т;

I - значение электрического тока, при котором проводились измерения по п. 5.2.2, А;

- среднее значение ЭДС Холла, В.

6.1.6. Концентрацию основных носителей заряда N, см3, вычисляют по формуле

 

, (11)

 

где l - заряд электрона; ;

r - холловский фактор, принимаемый равным 1.

6.1.7. Холловскую подвижность основных носителей заряда , , вычисляют по формуле

 

. (12)

 

6.2. Обработка результатов измерений на образце крестообразной формы

6.2.1. Значения напряжений , ,  вычисляют по формулам:

 

; (13)

 

; (14)

 

. (15)

 

6.2.2. Средние значения , ,  вычисляют по формулам:

 

; (16)

 

; (17)

 

. (18)

 

6.2.3. Удельное электрическое сопротивление , Ом x см, и коэффициент Холла , см3/Кл, вычисляют по формулам:

 

; (19)

 

, (20)

 

где ,  - значения электрического тока, вычисленные по формулам (17) и (18), А;

S - площадь поперечного сечения образца, см2: S = a x d,

где d - толщина образца, см;

a - ширина образца, см;

,  - значения напряжений, вычисленные по формулам (13), (16), В;

B - значение индукции магнитного поля в зазоре магнита, Т;

l - расстояние между контактами 1 и 2, 3 и 4, см (черт. 4).

6.2.4. Концентрацию и подвижность основных носителей заряда вычисляют по формулам (11) и (12).

6.3. Результатом измерения удельного электрического сопротивления является величина, вычисленная по формулам (9) или (19).

6.4. Случайная погрешность измерения удельного электрического сопротивления, характеризующая сходимость результатов измерений, не превышает +/- 2% с доверительной вероятностью 0,95.

6.5. Суммарная погрешность измерения удельного электрического сопротивления не превышает +/- 12% с доверительной вероятностью 0,95.

6.6. Результатом измерения коэффициента Холла является величина, вычисленная по формуле (10) или (20).

6.7. Случайная погрешность измерения коэффициента Холла, характеризующая сходимость результатов измерений, не превышает +/- 4% с доверительной вероятностью 0,95.

6.8. Суммарная погрешность измерения коэффициента Холла не превышает +/- 15% с доверительной вероятностью 0,95.

6.9. Суммарная погрешность определения подвижности основных носителей заряда не превышает +/- 15% с доверительной вероятностью 0,95.

 

 

 

 

 

Приложение

Обязательное

 

ЗНАЧЕНИЕ ПОПРАВОЧНОГО КОЭФФИЦИЕНТА f

В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

 

─────────────────────────────────┬────────────────────────────────

              альфа                             f

─────────────────────────────────┼────────────────────────────────

               1,0                            1,000

               1,5                            0,985

               2,0                            0,960

               2,5                            0,932

               3,0                            0,906

               3,5                            0,882

               4,0                            0,860

               4,5                            0,839

               5,0                           0,821

               5,5                            0,804

               6,0                            0,789

               6,5                            0,774

               7,0                            0,761

               7,5                            0,750

               8,0                            0,738

               8,5                            0,727

               9,0                            0,717

               9,5                            0,708

              10,0                            0,699

              11,0                            0,682

              12,0                            0,668

              13,0                            0,655

              14,0                            0,643

              15,0                            0,632

              16,0                            0,622

              17,0                            0,612

              18,0                            0,604

              19,0                           0,596

              20,0                            0,588

              22,0                            0,574

              24,0                            0,562

              26,0                            0,551

              28,0                            0,541

              29,0                            0,536

              30,0                            0,532

              32,0                            0,524

              34,0                            0,516

              36,0                            0,509

              38,0                            0,503

              40,0                            0,496

              45,0                            0,483

              50,0                            0,471

              55,0                            0,461

              60,0                            0,452

              65,0                            0,444

              70,0                            0,436

              75,0                            0,430

              80,0                            0,423

              85,0                            0,418

              90,0                            0,413

              95,0                            0,408

              100,0                           0,403

              110,0                           0,395

              120,0                           0,388

              130,0                           0,382

              140,0                           0,376

              150,0                           0,371

              160,0                           0,366

              170,0                           0,361

              180,0                           0,357

              190,0                           0,353

              200,0                           0,350

              250,0                           0,335

              300,0                           0,324

              350,0                           0,315

              400,0                           0,307

              460,0                           0,301

              500,0                           0,295

              600,0                           0,286

              700,0                           0,279

              800,0                           0,273

              900,0                           0,268

             1000,0                           0,263

 

 

 


 
© Информационно-справочная онлайн система "Технорма.RU" , 2010.
Бесплатный круглосуточный доступ к любым документам системы.

При полном или частичном использовании любой информации активная гиперссылка на Tehnorma.RU обязательна.


Внимание! Все документы, размещенные на этом сайте, не являются их официальным изданием.
 
Яндекс цитирования