ГОСТ 25948-83 - Арсенид галлия и фосфид галлия монокристаллические. Измерение удельного электрического сопротивления и коэффициента Холла

ГОСТ 25948-83
(СТ СЭВ 3910-82)

Группа В09

ОКСТУ 1772

Срок действия с 01.01.85
до 01.01.90*
________________________________
* Ограничение срока действия снято
по протоколу N 4-93 Межгосударственного Совета
по стандартизации, метрологии и сертификации
(ИУС N 4, 1994 год). - Примечание изготовителя базы данных.

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

ВНЕСЕНО Изменение N 1, утвержденное и введенное в действие с 01.01.90 постановлением Госстандарта СССР от 22.03.89 N 606

Изменение N 1 внесено изготовителем базы данных по тексту ИУС N 6, 1989 год

Настоящий стандарт устанавливает метод измерения удельного электрического сопротивления, коэффициента Холла и определения типа электропроводности, концентрации и холловской подвижности основных носителей заряда для полупроводниковых материалов с удельным электрическим сопротивлением от 10 до 10 Ом·см монокристаллических арсенида галлия и фосфида галлия.

Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 3910-82.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

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 электропроводности полупроводникового материала устанавливают по знаку ЭДС Холла в соответствии с черт.1.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

ГОСТ 25948-83 (СТ СЭВ 3910-82) Арсенид галлия и фосфид галлия монокристаллические. Измерение удельного электрического сопротивления и коэффициента Холла (с Изменением N 1)

Черт.1*

_______________
* Чертеж 1. (Измененная редакция, Изм. N 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

2.1.1. Измерительная установка должна быть аттестована. Основная относительная погрешность установки при контроле образцов с удельным электрическим сопротивлением Ом·см не должна превышать при измерении удельного электрического сопротивления ±5% и коэффициента Холла ±8%; при контроле образцов с удельным электрическим сопротивлением Ом·см не должна превышать соответственно ±12% и ±15%.

2.1.2. Допускается проведение измерений и обработка результатов с использованием средств автоматизации по алгоритмам, изложенным в настоящем стандарте, в частности использование установок типа "Холл-100", "Холл-200" при условии соблюдения требований п.2.1.1.

2.1.1, 2.1.2. (Введены дополнительно, Изм. N 1).

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 материала	Подвижность основных носителей заряда , см, не более	Магнитная индукция в зазоре магнита В, Тл, не более	Допустимая неоднородность магнитного поля в области измерения, %, не более
Арсенид галлия - и -типа электропроводности	3·10	1,0	±3
	7·10	0,7
	1·10	0,5
Фосфид галлия - и -типа электропроводности	2·10	1,0	±3

Примечание. Измерение коэффициента Холла в арсениде галлия -типа электропроводности с концентрацией основных носителей заряда более 1·10 см выполняют при значении В не менее 0,7 Тл.

2.2.2. Источник постоянного тока, обеспечивающий создание в измерительной цепи электрического тока изменяемой полярности, должен удовлетворять требованиям табл.2. Погрешность регистрации электрического тока не должна превышать 1% при измерении материала с удельным электрическим сопротивлением Ом·см и 3% при измерении полуизолирующего материала с удельным электрическим сопротивлением Ом·см.

Таблица 2

Удельное электрическое сопротивление , Ом·см, не более	Значение электрического тока , А, не более	Допустимая нестабильность электрического тока за время измерения, %, не более	Входное электрическое сопротивление измерительного прибора , Ом, не менее	Чувствительность измерительного прибора,
5·10	5·10	±1	10	10
3·10	2·10	±1	10	10
1·10	1·10	±1	10	10
1·10	1·10	±1	10	10
1·10	1·10	±1	10	10
1·10	1·10	±1	10	10
1·10	1·10	±1	10	10
1·10	1·10	±1	10	10
1·10	5·10	±5	10	10
1·10	5·10	±5	10	10
1·10	5·10	±5	10	10
1·10	5·10	±5	10	10

2.2.1, 2.2.2. (Измененная редакция, Изм. N 1).

2.2.3. Прибор для измерения электрического напряжения должен удовлетворять требованиям табл.2.

Погрешность измерения электрического напряжения не должна превышать 1% при контроле материала с удельным электрическим сопротивлением Ом·см и 2,5% - при контроле полуизолирующего материала с удельным электрическим сопротивлением Ом·см.

2.2.4. Коммутирующее устройство должно обеспечивать при контроле одного образца 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.

2.2.3, 2.2.4. (Измененная редакция, Изм. N 1).

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 1·10 см и с погрешностью не более 3·10 см для измерения толщины 0,06 см.

2.3.3. (Исключен, Изм. N 1).

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 в форме квадрата (черт.3) или произвольной формы, либо на образцах крестообразной формы (черт.4).

Черт.3

Черт.4

(Измененная редакция, Изм. N 1).

3.1.1. Допускается проводить измерения на образцах в форме параллелепипеда, удовлетворяющих требованиям к образцам крестообразной формы (табл.3).

(Введен дополнительно, Изм. N 1).

3.2. Измерения полуизолирующего материала с удельным электрическим сопротивлением >10 Ом·см проводят на образцах крестообразной формы (либо в форме параллелепипеда).

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

Таблица 3

Форма образца	Длина образца , см	Ширина образца , см	Толщина образца , см	Допускаемое отклонение от средней толщины образца, %, не более	Расстояние между контактами 1 и 2, 3 и 4	Отношение линейных размеров контактов к минимальному расстоянию между ними, не более
Пластина	не менее 0,5	не менее 0,5	0,02-0,1	±5	-	0,1
			>0,1-0,2	±2,5	-	0,1
Крест			0,02-0,1	±5		-
			>0,1-0,2	±2,5

Для пластин произвольной формы поперечный размер образца должен быть не менее 0,7 см.

3.2, 3.3. (Измененная редакция, Изм. N 1).

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 торцовой поверхности или периферии пластины.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

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).

4.4. Перед выполнением измерений электрофизических параметров измеряют геометрические размеры образца.

4.4.1. Толщину образца в виде плоскопараллельной пластины измеряют в трех точках: одной в центре и двух на периферии пластины. Если поперечный линейный размер образца превышает 5 см, толщину образца измеряют в 5 точках: одной в центре и четырех на периферии образца. За результат измерения толщины принимают среднее арифметическое полученных значений.

4.4.2. Геометрические размеры образцов крестообразной формы измеряют два раза в противоположных концах образца. За результат измерений принимают среднее арифметическое полученных значений.

4.4, 4.4.1, 4.4.2. (Введены дополнительно, Изм. N 1).

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 соседнюю по периметру образца пару контактов. Фиксируют значение тока и разности потенциалов , возникающей на второй паре контактов, в следующем порядке:

, ;

, ;

, ;

, .

(Измененная редакция, Изм. N 1).

5.2.2. Вводят магнитное поле, фиксируют значения тока , магнитной индукции и разности потенциалов 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 :

;

;

;

.

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

, ;

, ;

, ;

, .

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)

При вычислении значений напряжений , и коэффициентов , алгебраически учитывают знаки величин, полученных при измерениях.

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.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

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·см, вычисляют по формуле

, (9)

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

- толщина измеряемого образца, см;

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

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

, (10)

где - значение индукции магнитного поля, Т;

- 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 , см, вычисляют по формуле

где - заряд электрона; Кл;

- холловский фактор, принимаемый равным 1.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

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

. (12)

6.2. Обработка результатов измерений на образце крестообразной формы

6.2.1. Значения напряжений , , вычисляют по формулам:

; (13)

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

(Измененная редакция, Изм. N 1).

6.2.2. Средние значения , , вычисляют по формулам:

; (16)

; (17)

. (18)

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

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

- площадь поперечного сечения образца, см: ,

где - толщина образца, см;

- ширина образца, см;

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

- значение индукции магнитного поля в зазоре магнита, Т;

- расстояние между контактами 1 и 2, 3 и 4, см (чер

т.4).

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

6.2.5. Значения удельного электрического сопротивления и концентрации основных носителей заряда в полуизолирующих материалах ( Ом·см) могут быть приведены к температуре по формулам

; (21)

; (22)

, (23)

где - постоянная Больцмана; эВ К;

- температура измерения, К;

- энергия активации глубокого примесного центра, определяющего полуизолирующие свойства материала, эВ.

Для GaAs -типа электропроводности эВ.

Для GaP<Fe<р-типа электропроводности э

6.2.6. Результаты измерений представляют числом с тремя значащими цифрами с указанием порядка величины. Результаты измерений и вычислений округляют в соответствии с правилом: если первая (справа налево) из отбрасываемых цифр более или равна 5, то последнюю цифру увеличивают на 1; если менее 5, то оставшиеся цифры не изменяют.

6.2.7. Интервал, в котором находится минимальное значение суммарной погрешности измерения удельного электрического сопротивления с доверительной вероятностью , составляет ±5% для образцов с удельным электрическим сопротивлением Ом·см; ±12% для образцов с удельным электрическим сопротивлением Ом·см.

6.2.8. Интервал, в котором находится минимальное значение суммарной погрешности измерения концентрации основных носителей заряда с доверительной вероятностью , составляет ±8% для образцов с удельным электрическим сопротивлением Ом·см; ±15% для образцов с удельным электрическим сопротивлением Ом·см.

6.2.9. Интервал, в котором находится минимальное значение суммарной погрешности измерения подвижности основных носителей заряда с доверительной вероятностью , составляет ±8% для образцов с удельным электрическим сопротивлением Ом·см; ±10% для образцов с удельным электрическим сопротивлением Ом·см.

6.2.10. Наличие в контролируемом образце посторонних включений, неоднородности распределения электрофизических параметров приводит к увеличению суммарной погрешности измерений, которую устанавливают при метрологической аттестации метода применительно к конкретной продукции.

6.2.5-6.2.10. (Введены дополнительно, Изм. N 1).

6.3-6.9. (Исключены, Изм. N 1).

ГОСТ 25948-83 Арсенид галлия и фосфид галлия монокристаллические. Измерение удельного электрического сопротивления и коэффициента Холла