ГОСТ 25948-83

ГОСТ 25948-83 (СТ РЕВ 3910-82) Арсенід галію та фосфід галію монокристалічні. Вимірювання питомого електричного опору та коефіцієнта Холла (зі Зміною N 1)

ГОСТ 25948-83
(СТ РЕВ 3910-82)

Група В09
ДЕРЖАВНИЙ СТАНДАРТ СПІЛКИ РСР

АРСЕНІД ГАЛІЯ І ФОСФІД ГАЛІЯ МОНОКРИСТАЛІЧНІ

Вимірювання питомого електричного опору та коефіцієнта Холла

Monokrystal gallium arsenide and gallium phosphide. Визначення специфічних електричних респіраторів і високих коефіцієнтів

ОКСТУ 1772

Строк дії з 01.01.85
до 01.01.90*
________________________________
* Обмеження терміну дії знято
за протоколом N 4-93 Міждержавної Ради
зі стандартизації, метрології та сертифікації
(ІВД N 4, 1994 рік). - Примітка виробника бази даних.

Розроблено Міністерством кольорової металургії СРСР

ВИКОНАВЦІ

А. В. Єлютін , Н. Н. Соловйов , Н. І. Сучкова , В.М.Михайлов

ВНЕСЕН Міністерством кольорової металургії СРСР

Член Колегії А. П. Снурніков

ЗАТВЕРДЖЕНИЙ І ВВЕДЕНИЙ У ДІЮ Постановою Державного комітету СРСР за стандартами від 28 жовтня 1983 р. N 5178

ВНЕСЕН Зміна N 1, затверджена та введена в дію з 01.01.90 постановою Держстандарту СРСР від 22.03.89 N 606

Зміна N 1 внесена виробником бази даних за текстом ІКС N 6, 1989 рік


Цей стандарт встановлює метод вимірювання питомого електричного опору, коефіцієнта Холла та визначення типу електропровідності, концентрації та холівської рухливості основних носіїв заряду для напівпровідникових матеріалів з питомим електричним опором від 10 до 10 Ом·см монокристалічних арсеніду галію та фосфіду галію.

Стандарт повністю відповідає СТ РЕВ 3910-82.

(Змінена редакція, зміна N 1).

1. СУТНІСТЬ МЕТОДУ

1.1. Визначення питомого електричного опору ґрунтується на вимірі поздовжнього електричного поля та щільності струму , що викликається цим полем.

1.2. Визначення коефіцієнта Холла ґрунтується на вимірі поперечного електричного поля , що виникає у напівпровіднику, поміщеному в магнітне поле індукцій при протіканні через нього струму щільністю у напрямі, перпендикулярному магнітному полю.

1.3. Тип електропровідності напівпровідникового матеріалу встановлюють за знаком ЕРС Холла відповідно до рис.1.

(Змінена редакція, зміна N 1).

Чорт.1 *

_______________
* Креслення 1. (Змінена редакція, Изм. N 1).

1.4. Концентрацію та рухливість основних носіїв заряду визначають розрахунковим шляхом на підставі даних щодо вимірювання питомого електричного опору та коефіцієнта Холла.

2. АПАРАТУРА

2.1. Структурна схема установки для вимірювання питомого електричного опору та коефіцієнта Холла представлена на рис.2.

1 - вимірюваний зразок; 2 - магніт; 3 - джерело постійного струму; 4 - вимірювальний пристрій; 5 — пристрій, що комутує

Чорт.2

2.1.1. Вимірювальна установка має бути атестована. Основна відносна похибка установки при контролі зразків із питомим електричним опором Ом см не повинна перевищувати при вимірюванні питомого електричного опору ±5% і коефіцієнта Холла ±8%; при контролі зразків з питомим електричним опором Ом·см не повинна перевищувати відповідно ±12% та ±15%.

2.1.2. Допускається проведення вимірювань та опрацювання результатів з використанням засобів автоматизації за алгоритмами, викладеними у цьому стандарті, зокрема використання установок типу «Холл-100», «Холл-200» за умови дотримання вимог п. 2.1.1.

2.1.1, 2.1.2. (Введені додатково, Зм. N 1).

2.2. Вимоги до елементів структурної схеми залежно від параметрів матеріалу, що вимірюється, наведені в табл.1-2.

2.2.1. Магніт, що забезпечує створення магнітних полів змінної полярності, повинен задовольняти вимоги табл.1.

Таблиця 1

Примітка. Вимірювання коефіцієнта Холла в арсеніді галію -Типу електропровідності з концентрацією основних носіїв заряду більше 1·10 см виконують при значенні не менше 0,7 Тл.

2.2.2. Джерело постійного струму, що забезпечує створення вимірювального ланцюга електричного струму змінної полярності, повинен задовольняти вимогам табл.2. Похибка реєстрації електричного струму не повинна перевищувати 1% при вимірі матеріалу з питомим електричним опором Ом·см і 3% при вимірі напівізолюючого матеріалу з питомим електричним опором Ом · див.

Таблиця 2

2.2.1, 2.2.2. (Змінена редакція, зміна N 1).

2.2.3. Прилад для вимірювання електричної напруги повинен відповідати вимогам табл.2.

Похибка вимірювання електричної напруги не повинна перевищувати 1% при контролі матеріалу з питомим електричним опором Ом·см і 2,5% - при контролі напівізолюючого матеріалу з питомим електричним опором Ом · див.

2.2.4. Комутуючий пристрій повинен забезпечувати під час контролю одного зразка проведення вимірювальних операцій з використанням одного вимірювального приладу. Значення величини електричного опору ізоляції контактів пристрою, що комутує, не повинно бути менше вхідного електричного опору вимірювального пристрою.

2.2.3, 2.2.4. (Змінена редакція, зміна N 1).

2.3. Допоміжні засоби

2.3.1. Утримувач зразка повинен забезпечувати:

перпендикулярність площини зразка напрямку магнітного поля з відхиленням від перпендикулярності трохи більше ±3°;

можливість проведення вимірювань при затемненні зразка;

відповідність електроізоляційних властивостей конструкційних матеріалів опору вимірювального приладу.

2.3.2 Мікрометр або інший інструмент для вимірювання товщини зразка з похибкою не більше 1·10 см і з похибкою трохи більше 3·10 см для вимірювання товщини 0,06 см.

2.3.3. (Виключений, Зм. N 1).

2.3.4. Прилад для вимірювання абсолютного значення магнітної індукції з похибкою не більше 2%.

2.3.5. Термометр з похибкою вимірювання трохи більше 0,5 До.

3. МЕТОДИ ВІДБОРУ ЗРАЗКІВ

3.1. Вимірювання проводять на зразках у вигляді плоскопаралельних пластин у формі квадрата (рис.3) або довільної форми, або на зразках хрестоподібної форми (рис.4).

Чорт.3

Чорт.4

(Змінена редакція, зміна N 1).

3.1.1. Допускається проводити вимірювання на зразках у формі паралелепіпеда, що задовольняють вимоги до зразків хрестоподібної форми (табл.3).

(Запроваджено додатково, Зм. N 1).

3.2. Вимірювання напівізолюючого матеріалу з питомим електричним опором >10 Ом·см проводять на зразках хрестоподібної форми (або у формі паралелепіпеда).

3.3. Вимоги до характеристик зразків наведено у табл.3.

Таблиця 3

Для пластин довільної форми поперечний розмір зразка має бути не менше ніж 0,7 см.

3.2, 3.3. (Змінена редакція, зміна N 1).

4. ПІДГОТОВКА ДО ВИМІР

4.1. На зразок хрестоподібної форми наносять шість електричних контактів.

4.2. На зразок у вигляді плоскопаралельної пластини наносять чотири електричні контакти, розташовуючи їх на торцевій поверхні або периферії пластини.

(Змінена редакція, зміна N 1).

4.3. Електричні контакти повинні мати:

лінійною вольт-амперною характеристикою (результати виміру не повинні залежати від конкретних режимів вимірів);

малим перехідним опором (рекомендовані методи оцінки встановлюються залежно від виду напівпровідникових монокристалічних матеріалів).

4.4. Перед виконанням вимірювань електрофізичних параметрів вимірювають геометричні розміри зразка.

4.4.1. Товщину зразка у вигляді плоскопаралельної пластини вимірюють у трьох точках: одній у центрі та двох на периферії пластини. Якщо лінійний поперечний розмір зразка перевищує 5 см, товщину зразка вимірюють в 5 точках: однієї в центрі і чотирьох на периферії зразка. За результат вимірювання товщини приймають середнє арифметичне отриманих значень.

4.4.2. Геометричні розміри зразків хрестоподібної форми вимірюють двічі на протилежних кінцях зразка. За результат вимірювань приймають середнє арифметичне отриманих значень.

4.4, 4.4.1, 4.4.2. (Введені додатково, Зм. N 1).

5. ПРОВЕДЕННЯ ВИМІРЮВАНЬ

5.1. Вимірювання проводять за фіксованої температури. Допустиме відхилення температури за час вимірювання не більше 0,5 К.

5.2. Проводить вимірювання на зразках у вигляді плоскопаралельних пластин.

5.2.1. Зразок встановлюють у тримач і пропускають через нього електричний струм, використовуючи сусідню по периметру зразка пару контактів. Фіксують значення струму та різниці потенціалів , що виникає на другій парі контактів, у такому порядку:

, ;

, ;

, ;

, .

(Змінена редакція, зміна N 1).

5.2.2. Вводять магнітне поле, фіксують значення струму , магнітної індукції та різниці потенціалів в наступному порядку:

, ;

, ;

, ;

,

Цифрові індекси відповідають контактам зразка (рис.3). Значення струмів при вимірах у межах одного пункту (5.2.1 або 5.2.2) мають бути однаковими; Значення струмів при виконанні вимірювань за різними пунктами можуть різнитися в межах вимоги табл.2.

5.3. Проведення вимірів на зразках хрестоподібної форми

5.3.1. Зразок встановлюють у тримач і пропускають через нього електричний струм. Фіксують значення електричного струму у двох напрямках , та різниці потенціалів :

;

;

;

.

5.3.2. Вводять магнітне поле, фіксують значення магнітної індукції, електричного струму в двох напрямках , та різниці потенціалів :

, ;

, ;

, ;

, .

Цифрові індекси відповідають контактам зразка (рис.4).

6. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ

6.1. Обробка результатів вимірювань на зразку у формі плоскопаралельної пластини

6.1.1. Значення напруг , , , та коефіцієнти , обчислюють за формулами:

; (1)

; (2)

; (3)

. (4)

При обчисленні значень напруг , та коефіцієнтів , алгебраїчно враховують знаки величин, отриманих при вимірах.

При визначенні коефіцієнтів і ділять більшу суму на меншу, щоб отримати результат понад 1.

; (5)

. (6)

При визначенні значень і алгебраїчно враховують знаки величин, отриманих при вимірах.

(Змінена редакція, зміна N 1).

6.1.2. Визначають поправочні коефіцієнти і , відповідно до обов'язкового додатку.

6.1.3. Середні значення напруг і обчислюють за формулами:

; (7)

. (8)

6.1.4. Питомий електричний опір , Ом·см, обчислюють за формулою

, (9)

де - Значення електричного струму, при якому проводилися вимірювання за п. 5.2.1, А;

- Товщина вимірюваного зразка, см;

- Середнє значення напруги при вимірюванні питомого електричного опору, Ст.

6.1.5. Коефіцієнт Холла , см /Кл, обчислюють за формулою

, (10)

де - Значення індукції магнітного поля, Т;

- Значення електричного струму, при якому проводилися вимірювання за п. 5.2.2, А;

- Середнє значення ЕРС Холла, Ст.

6.1.6. Концентрацію основних носіїв заряду , см , обчислюють за формулою

, (11)

де - Заряд електрона; Кл;

- Холлівський фактор, що приймається рівним 1.

(Змінена редакція, зміна N 1).

6.1.7. Холлівську рухливість основних носіїв заряду , см , обчислюють за формулою

. (12)

6.2. Обробка результатів вимірювань на зразку хрестоподібної форми

6.2.1. Значення напруг , , обчислюють за формулами:

; (13)

; (14)

. (15)

При визначенні значень , , - алгебраїчно враховують знаки величин, отриманих при вимірах.

(Змінена редакція, зміна N 1).

6.2.2. Середні значення , , обчислюють за формулами:

; (16)

; (17)

. (18)

6.2.3. Питомий електричний опір , Ом·см, та коефіцієнт Холла , см /Кл, обчислюють за формулами:

; (19)

, (20)

де , - Значення електричного струму, обчислені за формулами (17) і (18), А;

- Площа поперечного перерізу зразка, см : ,

де - Товщина зразка, см;

- Ширина зразка, см;

, - Значення напруг, обчислені за формулами (13), (16), В;

- Значення індукції магнітного поля в зазорі магніту, Т;

- Відстань між контактами 1 і 2, 3 і 4, см (чер

т.4).

6.2.4. Концентрацію та рухливість основних носіїв заряду обчислюють за формулами (11) та (12).

6.2.5. Значення питомого електричного опору та концентрації основних носіїв заряду в напівізолюючих матеріалах ( Ом·см) можуть бути приведені до температури за формулами

; (21)

; (22)

, (23)

де - Постійна Больцмана; ЕВ К ;

- Температура вимірювання, К;

- Енергія активації глибокого домішкового центру, що визначає напівізолюючі властивості матеріалу, еВ.

Для GaAs -Типу електропровідності еВ.

Для GaP е

Ст.

6.2.6. Результати вимірювань є числом із трьома значущими цифрами із зазначенням порядку величини. Результати вимірювань і обчислень округляють відповідно до правила: якщо перша (справа ліворуч) з цифр, що відкидаються, більша або дорівнює 5, то останню цифру збільшують на 1; якщо менше 5, то цифри, що залишилися, не змінюють.

6.2.7. Інтервал, де знаходиться мінімальне значення сумарної похибки вимірювання питомого електричного опору з довірчою ймовірністю , становить ±5% для зразків з питомим електричним опором Ом · см; ±12% для зразків із питомим електричним опором Ом · див.

6.2.8. Інтервал, де знаходиться мінімальне значення сумарної похибки вимірювання концентрації основних носіїв заряду з довірчою ймовірністю , становить ±8% для зразків з питомим електричним опором Ом · см; ±15% для зразків із питомим електричним опором Ом · див.

6.2.9. Інтервал, де знаходиться мінімальне значення сумарної похибки вимірювання рухливості основних носіїв заряду з довірчою ймовірністю , становить ±8% для зразків з питомим електричним опором Ом · см; ±10% для зразків із питомим електричним опором Ом · див.

6.2.10. Наявність у контрольованому зразку сторонніх включень, неоднорідності розподілу електрофізичних параметрів призводить до збільшення сумарної похибки вимірювань, яку встановлюють при метрологічної атестації методу стосовно конкретної продукції.

6.2.5-6.2.10. (Введені додатково, Зм. N 1).

6.3-6.9. (Виключені, Зм. N 1).