ICS77.040 H17 中华人民共和国国家标准 GB/T17170—2015 代替GB/T17170—1997 半绝缘砷化镓单晶深施主EL2 浓度红外吸收测试方法 TestmethodfortheEL2deepdonorconcentrationinsemi-insulating galliumarsenidesinglecrystalsbyinfraredabsorptionspectroscopy 2015-12-10发布 2016-07-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准代替GB/T17170—1997《非掺杂半绝缘砷化镓单晶深能级EL2浓度红外吸收测试方法》。 本标准与GB/T17170—1997相比,主要有以下变化: ———修改了标准名称; ———增加了“规范性引用文件”“术语和定义”“干扰因素”和“测试环境”等章; ———扩展了半绝缘砷化镓单晶电阻率范围,将电阻率大于107Ω·cm修改为大于106Ω·cm; ———将范围由“非掺杂半绝缘砷化镓单晶”修改为“非掺杂和碳掺杂半绝缘砷化镓单晶”; ———删除了0.4mm~2mm厚度测试样品的解理制样方法。 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203)与全国半导体设备和材料标准 化技术委员会材料分会(SAC/TC203/SC2)共同提出并归口。 本标准起草单位:信息产业专用材料质量监督检验中心、天津市环欧半导体材料技术有限公司、 中国电子材料行业协会。 本标准主要起草人:何秀坤、李静、张雪囡。 本标准所代替标准的历次版本发布情况为: ———GB/T17170—1997。 ⅠGB/T17170—2015 半绝缘砷化镓单晶深施主EL2 浓度红外吸收测试方法 1 范围 本标准规定了半绝缘砷化镓单晶深施主EL2浓度的红外吸收测试方法。 本标准适用于电阻率大于106Ω·cm的非掺杂和碳掺杂半绝缘砷化镓单晶深施主EL2浓度的 测定。 本标准不适用于掺铬半绝缘砷化镓单晶深施主EL2浓度的测定。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T14264 半导体材料术语 3 术语和定义 GB/T14264界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 EL2浓度 EL2concentration EL2(砷化镓单晶中的一种本征缺陷)在砷化镓单晶体内的浓度。 4 方法提要 半绝缘砷化镓单晶中深施主EL2的红外吸收系数α与EL2浓度具有对应关系,测量1.0972μm 处的红外吸收系数并由经验校准公式可计算EL2浓度。红外吸收系数α与EL2浓度的关系参见 附录A。 5 干扰因素 5.1 杂散光到达检测器,将导致EL2浓度测试结果出现偏差。 5.2 测试样品的测试面积应大于光阑孔径,否则可能导致错误的测试结果。 6 仪器 6.1 分光光度计:能在0.8μm~2.5μm范围扫描且零线吸光度波动不应超过-0.002~+0.002。 6.2 千分尺:精度为10μm。 1GB/T17170—2015 7 测试环境 除另有规定外,应在下列环境中进行测试: a) 环境温度为24℃±1℃; b) 相对湿度小于70%; c) 测试室应无机械冲击、振动和电磁干扰。 8 测试样品 测试样品厚度为0.2000cm~0.4000cm,双面研磨、抛光,使其两表面呈光学镜面。 9 测试步骤 9.1 用千分尺测量测试样品的厚度,测量3~5个点,取平均值,结果保留4位有效数字。 9.2 将光阑孔径为ϕ10mm的空样品架置于光路上。 9.3 以吸收方式进行扫描,做零线校准,仔细调整仪器,使得在0.8μm~2.5μm范围零线吸光度波动 不大于±0.002。 9.4 将测试样品置于光路,使光束对准测试位置。 9.5 在0.8μm~2.5μm范围内扫描,获得测试样品的吸收光谱,得到吸光度A-波长λ曲线,如图1 所示。 9.6 重复测试3次,计算吸光度的平均值。 注:样品厚度0.386cm。 图1 典型半绝缘砷化镓单晶测试样品的吸收光谱 10 测试结果的计算 根据分光光度计记录的测试样品的吸收光谱图,由式(1)计算EL2吸收系数α: α=ln10×(A1-A2) [ ] D……………………(1) 2GB/T17170—2015 式中: α ———EL2吸收系数,单位为每厘米(cm-1); A1———光谱图中1.0972μm处对应的吸光度值; A2———光谱图中2.0000μm处对应的吸光度值; D———测试样品厚度,单位为厘米(cm)。 EL2浓度由式(2)计算: NEL2=1.25×1016α ……………………(2) 式中: NEL2 ———EL2浓度,单位为原子数每立方厘米(atoms/cm3); 1.25×1016———标定因子,单位为每平方厘米(cm-2)。 11 精密度 11.1 重复性 单一实验室同一试验人员,对同一测试样品同一位置重复测试10次,EL2浓度的平均值为1.43× 1016atoms/cm3,标准偏差为4.70×1013atoms/cm3,相对标准偏差为0.33%。 11.2 再现性 同一测试样品,3个实验室测试EL2浓度的平均值为1.43×1016atoms/cm3,标准偏差为3.27× 1014atoms/cm3,相对标准偏差为2.29%。 12 试验报告 试验报告应包括以下内容: a) 测试样品来源; b) 测试样品编号; c) 测试仪器名称,型号; d) 光阑孔径; e) 吸收系数和EL2浓度; f) 本标准编号; g) 测试者姓名,测试单位; h) 测试日期。GB/T17170—2015 GB/T17170—2015 附 录 A (资料性附录) 半绝缘砷化镓单晶红外吸收系数与EL2浓度的关系 A.1 研究表明,砷化镓近红外吸收带完全由EL2光电离引起,因此波长为λ的红外吸收系数α可如式 (A.1)表示为: α(λ)=NEL2[fnδn(λ)+(1-fn)δp(λ)]……………………(A.1) 式中: α ———EL2吸收系数,单位为每厘米(cm-1); NEL2———EL2浓度,单位为原子数每立方厘米(atoms/cm3); fn———电子占据率; δn(λ)———波长λ处EL2的电子光电离截面; δp(λ)———波长λ处EL2的空穴光电离截面。 对于n型砷化镓,费米能级位于EL2能级之上,绝大部分EL2被电子占据,即fn≈1,故上式可简 化为式(A.2): α(λ)=NEL2δn(λ) ……………………(A.2) 因此测出α(λ)和NEL2可获得NEL2和α(λ)间转换的标定因子δn(λ)。 A.2 本标准采用了Martin的δn(1.0972λ)=(1.25×1016cm-2)-1,使用该标定因子的前提是: a) fn=1; b) α(λ)完全由EL2光电离引起。根据分析结果,大部分n型半绝缘砷化镓的fn在0.78~0.98 范围内。在1.0972μm处EL2电子和空穴光电离截面不同,δn(1.0972μm)=3δp (1.0972μm),因此fn较小,式(A.1)到式(A.2)的简化不能成立。随着电子占据率的减少, 该方法可靠性降低。