ヘインズ・ショックレイ法による半導体のドリフト移動度自動測定システムの構築

目的:安定な測定、測定精度の向上、現象の視認性向上のためにパソコンを用いた学生実験用半導体のドリフト移動度自動測定装置のシステムを検討し、教育方法の改善を図ることを目的とした。試料のエミッタ(E)に短パルス(正)を与え、小数キャリアである正孔を注入する。長さ方向に電界Exを加えると正孔はコレクタ(C)に到達し、流れ込む。注入されたキャリアは半導体中を移動していき、オシロスコープ上で波形を得る(Λtの測定)。E-C間の距離Lを測定しておけば、Λt=L/μ_pExの関係からドリフト移動度μ_pが得られる。研究方法:1.最初に試料の作製を行った。n型シリコンウェハー(抵抗率約10Ωcm、厚さ0.5mm)を短冊状(長さ20mm、幅5mm)に切り出し、長さ方向の両端に電界用電極を超音波はんだでオーム性接触をさせた。(両端抵抗は室温で約1KΩ)2.予備実験の一環として、ファンクションジェネレータを用いて、注入用の正極性パルス(周期1ms、パルス幅19μs振幅14V)を発生させ、試料に印加して従来のリレー式パルス発生方法との比較を行ったが誤差の範囲で一致していた。3.当初目的の自動化の端緒として、パソコンを使用した少数キャリア注入用短パルスを発生させるため、DAコンバータ(コンテック社ADA16-8/2(LPCI)L)から周期0.5ms、パルス幅20μs、振幅+10Vの方形パルスを発生させ、ピエゾアンプ(増幅度30倍、周波数特性DC～100KHz)で増幅し、試料に印加した。試料には、直流電界(1764V/m)を予めかけておき、ディジタルオシロスコープで波形観測を行ったが、試料に短絡電流が流れ込み、これの解決に時間を要した。(測定装置、増幅器、パソコンの接地ラインが共通となっていたためフローティングにした。)4.増幅されたパルス(無負荷で振幅150V)を試料に印加すると、出力電流が増幅器の取出せる50mAを超過してしまい、抵抗を直列に挿入して過電流制御をしたが、振幅が40Vまで低下した。この状態で試験をしたが、パルスの立下りで出力波形のピークが出て正しい正規分布波形が得られていない(原因不明)。5.30μRタングステン針をプローブとして使用したが、接触が不安定で接触状態の確認が欠かせなかった。また、少数キャリア注入パルスは、電圧パルスだけでなく、光パルスの導入も考えておく必要がある。研究成果等:自動化の実施は達成されていないが、今後もシステムの完成を目指して引き続き研究を行う。

目的:安定な測定、測定精度の向上、現象の視認性向上のためにパソコンを用いた学生実験用半導体のドリフト移動度自動測定装置のシステムを検討し、教育方法の改善を図ることを目的とした。試料のエミッタ(E)に短パルス(正)を与え、小数キャリアである正孔を注入する。長さ方向に電界Exを加えると正孔はコレクタ(C)に到達し、流れ込む。注入されたキャリアは半導体中を移動していき、オシロスコープ上で波形を得る(Λtの測定)。E-C間の距離Lを測定しておけば、Λt=L/μ_pExの関係からドリフト移動度μ_pが得られる。研究方法:1.最初に試料の作製を行った。n型シリコンウェハー(抵抗率約10Ωcm、厚さ0.5mm)を短冊状(長さ20mm、幅5mm)に切り出し、長さ方向の両端に電界用電極を超音波はんだでオーム性接触をさせた。(両端抵抗は室温で約1KΩ)2.予備実験の一環として、ファンクションジェネレータを用いて、注入用の正極性パルス(周期1ms、パルス幅19μs振幅14V)を発生させ、試料に印加して従来のリレー式パルス発生方法との比較を行ったが誤差の範囲で一致していた。3.当初目的の自動化の端緒として、パソコンを使用した少数キャリア注入用短パルスを発生させるため、DAコンバータ(コンテック社ADA16-8/2(LPCI)L)から周期0.5ms、パルス幅20μs、振幅+10Vの方形パルスを発生させ、ピエゾアンプ(増幅度30倍、周波数特性DC～100KHz)で増幅し、試料に印加した。試料には、直流電界(1764V/m)を予めかけておき、ディジタルオシロスコープで波形観測を行ったが、試料に短絡電流が流れ込み、これの解決に時間を要した。(測定装置、増幅器、パソコンの接地ラインが共通となっていたためフローティングにした。)4.増幅されたパルス(無負荷で振幅150V)を試料に印加すると、出力電流が増幅器の取出せる50mAを超過してしまい、抵抗を直列に挿入して過電流制御をしたが、振幅が40Vまで低下した。この状態で試験をしたが、パルスの立下りで出力波形のピークが出て正しい正規分布波形が得られていない(原因不明)。5.30μRタングステン針をプローブとして使用したが、接触が不安定で接触状態の確認が欠かせなかった。また、少数キャリア注入パルスは、電圧パルスだけでなく、光パルスの導入も考えておく必要がある。研究成果等:自動化の実施は達成されていないが、今後もシステムの完成を目指して引き続き研究を行う。