中华人民共和国机械电子工业部部标准砷化傢和磷化铟材料载流子浓度部面分布的测试方法-电化学电压电容法
1主题内容与适用范围
SJ3244.4-89
1.1本标准规定了电化学电压电容法测最的原理，仪器和电解液要求，测量步骤、测量结果的计算。
1.2本标准适用于载流子浓度1014~1019cm-3的n型和P型砷化镓、磷化铟，也适用于铝镓砷和傢铟碑磷材料载流子浓度面分布的测量。2原理
21半导体表面与适当的电解液接触，均能形成近似莫特一肖特基接触势垒。尽管不同半导体材料和不同电解液接触的平带电势不同，但接触的二侧（半导体材料和电解液）将构成一定的电容。此电容值与半导体的载流子浓度有关。载流子浓度由莫特一肖特基电容公式给出：
N=_2( V.-VR)c2
式中：Vp-扩散势垒，V
VR-一外加偏压，V：
q-单位电荷量，其值为1.602×10-19C， (i)
一半导体材料介电常数，砷化镍为13.18，磷化为12.35；80—-真空电容率，其值为8.859×10-14F/cm，A一-光照样品与溶液的接触面积，cm2，N一—材料载流子浓度，cm-3
e-一电子电荷库伦（C）：
C--电容。
合适的电解液与半导体接触的莫特一肖特基方程式的关系不受材料浓度和制备工艺等因素的影响。平带电势溶液的不同主要取决于PH值。2.2n型材料与电解液接触处，在规定光强的均匀光照下，选择适宜的阴极溶解电位，产生阳极溶解。P型材料在暗场及适当的阳极溶解电位下，即可进行阳极溶解。均可获得平整的腐蚀坑。达到逐层溶解的日的。测量深度：
中华人民共和国机械电子工业部1989-03-20批准1989-03-25实施
X=-W,+WR
SJ3244.4—89
式中：W一耗尽层深度。单位μm，WR—阳极溶解深度，单位μm。
耗尽层深度
W,=ee,A/C
·（2）
（3）
由阳极溶解电流及时间参量通过法拉弟定律计算出样品被溶解掉的厚度，M
W.N.F.P.A
（4）
式中：M—被溶解材料的摩尔，化为144.63g，磷化为145.795g；N—电化当量数，其值为6;
F——法拉弟常数，其值为9.64×101Cp一一被溶解材料密度，砷化镓为5.32g/cm3，磷化钢为4.787g/cm3I-—电流。
由此可得出载流子浓度n与深度X的分布曲线。即纵向载流子浓度面分布。23电流一电压曲线中对于n型材料，阳极极化光照时出现极限电流，电位超过一定值时，电流突然增加，阳极极化时，光照和暗时无明显不同，均随电位增加而增大。对于p型材料则相反，在电容一电压曲线中，对莫特一肖特基接触加一个小的正偏压。电容则增加，对n型材料，电容则减少，通过电流一电压曲线和电容一电压曲线逐步判别半导体材料及其导电类型.
3测定装置与电解液
3.1自制测量装置
3，1.1测量装置示意图如图1所示，数学电
PTFE电解格
电解池
灯线电源
数字电
恒电位仪
样品植助阴极
PV漫制接安容
碳阴橱
长图记
电解液进口
图1电化学C一V法测量装置
3.1.2样品台和电解槽
被测样品由铜涂锡探针，压置在电解槽的聚氯乙烯环形接触面积限制器上，样品与电解液保持恒面积接触，直径为1.8mm左右、石墨阴极和探针构成阳极溶解路，3.1.3数字电压表
测量相对于参考电极（S、C、E）的溶解电位。量程为0~2V。灵敏度优了1mv，输入2-
阻抗人于100M9
3.1.4电容仪
SJ3244.489
用于测量铂辅助阴极和探针二个电极间的电容。量程为20～20000pf，精度5%.砷化傢材料的电容测试频率为100kl1z，讯号幅度100mv（r.m，s），磷化钢材料的电容测试频率为100Rz或3RHz.
3.1.5光源
用经聚焦均勾照射样品。石英卤钨灯，功率为100W，3.1.6恒电位仪
电流-500mA
电压-2VPN-4100型，PN-4200型电化学电压电容测试仪（带电子计算机）3.3电解液
3.3.1对化缘或砷化像/铝镓神的n型或p型材料，采用2M氢氧化钾溶液，PH14，对磷化钢或磷化钢/钢砷磷材料，采用0.2～0.5M氮化氢溶液，PH=1（相对于氢电极）。3.3.2试剂纯度均为分析纯。
4样品制备与测量步骤。
4.1样品制备
4.1.1将样品依次浸入丙酮和酒精中进行超声清洗，然后用高纯水漂洗，清除表面油污，样品表面无明显缺陷。
4.1.2欧姆接触
低附衬底外延样品的欧姆接触由背面涂钢缘合金（Ga：n=8：2）放电，作电形成。高阻衬底外延样品的欧姆接触由外延面上蒸发金、锗、镍合金（Au：Ge:Ni=135：18:7），经温度400°C，时间3min，作合金化。4.2测量步骤
4.2.1将已配置的电解液倒入电解增。亚排除济解液中的所有气泡。4.2.2将样品紧密接触塑料限制器上，业吸干限制器外渗透的电解液，4.2.3按2.3中I-V特性或CV特性测量判别半导材料是n型或p型。4.2.4
接通测试逊路，道过调节测系统中C的平衡网络，对寄生电容（如由于塑料限制器环上渗有电解液而引入的附加电容AC）进行直接补偿。（见附录A）4.2.5测量半导体表面处（未开始溶解）暗场下的电容值。4.2.6
接通阳极溶解过路进行阳极盗解（对五型材料必须加光照），记录阳极溶解电流和时间。
停止阳极溶解，测量该溶解处的电容值。测量采样时的时间。4.2.8重复4.2.3~4.2.7步骤。直至测量到用户所需深度。4.2.9如果采用自动成套测量仪器.则只需根据本仪器的！-VC--V特性校正好该材料表面的载流子浓度值。选择好所需的浓度。深度范围（所测量程）后，御能自动打点描绘出面3
SJ3244.4-89
5结果计算
5.1将已知V,、eoe、e、A、V以及各次所测的C:值，代入（i）式，计算出第i次测量的载流子浓度ni。
5.2将各次阳极溶解时电流和时间记录值li和ti代入式（4），计算各次的溶解深度Wri。5.3由（2）式计算出各次测量势垒电容时所测的实际深度X；。5.4绘制logni-Xi曲线
5.5如果用自动测量装置，该仪器直接以1ogn一X曲线记录下来。6报告
报告包括如下内容
a，样品名称、来源及编号，
b，以图示出样品上测量点的位置；c，绘出载流子浓度。型号以及载流子浓度剖面分布曲线，d，测量日期，
e.测量者。
SJ3244.4--89
附录A
附加电容△C测量
（补充件）
电解液/半导体接触的势垒心容直接受接触面积的几何尺寸的影响，在实际使用巾，由于电解液的没润，使样品和聚氯乙烯限制器接触面积的内侧边缘存在着渗水区。由此引起电解液/半导接触面积比实际溶解面积大（A十△），如图入所示。A4---*(D2-d*)
实际载流子浓度为
n=nx（
式中：ns一电化学C--V法测量的表观浓度值。将（5）和（6）式所得的△A和n分别代入莫特一肖特基电容公式（1），得到与n和s所对应的电容。则可得到由于塑料限制器环上渗有电解液而引入的附加电容△C。样品
电解液
限制器
光照腐蚀面积
图A寄生面积△A示意图
附加说明：
本标准由中国科学院上海冶金所负责起草本标准主要起草人：江东、陈自姚、邵永富。
