ГОСТ 25948-83

ГОСТ 25948–83 (СТ СЭВ 3910−82) 갈륨 비소 및 갈륨 인화물 단결정. 비저항 및 홀 계수 측정법 (변경 N 1 포함)

ГОСТ 25948−83
(СТ СЭВ 3910−82)

그룹 B09
소비에트 연방국가 표준

갈륨 비소 및 갈륨 인화물 단결정

비저항 및 홀 계수의 측정

단결정 갈륨 비소 및 갈륨 인화물. 비저항 및 홀 계수의 측정

ОКСТУ 1772

유효기간 01.01.85부터
~ 01.01.90*
________________________________
* 유효기간 제한은 Межгосударственный Совет по стандартизации, метрологии и сертификации의 의사록 N 4−93에 따라 해제되었음 (ИУС N 4, 1994년). — 데이터베이스 제작자 주.

개발: 소비에트 연방 비철금속공업부

작성자

А. В. Елютин, Н. Н. Соловьев, Н. И. Сучкова, В.М.Михайлов

제출: 소비에트 연방 비철금속공업부

위원회 위원 А. П..Снурников

소비에트 연방 국가 표준위원회 결의 1983년 10월 28일 N 5178에 의해 승인 및 발효됨.

변경 N 1은 소비에트 국영표준위원회(Госстандарт СССР) 결의 1989년 3월 22일 N 606에 의해 승인되어 01.01.90부터 발효됨.

변경 N 1은 ИУС N 6, 1989의 본문에 따라 데이터베이스 제작자가 반영함.


본 표준은 비저항이 10에서 10옴·см 범위에 있는 단결정 갈륨 비소 및 갈륨 인화물 반도체 재료에 대해 비저항, 홀 계수를 측정하고 전도형, 주요 전하 운반자 농도 및 홀 이동도를 결정하는 방법을 규정한다.

본 표준은 ST СЭВ 3910−82와 완전히 일치한다.

(수정된 판, 변경 N 1).

1. 방법의 요지

1.1. 비저항의 결정은 종방향 전기장 와, 이 전기장에 의해 유발되는 전류 밀도 의 측정에 기초한다.

1.2. 홀 계수의 결정은 반도체를 자기 유도선속 밀도 의 자기장에 놓고, 자기장에 수직인 방향으로 흐르는 전류 밀도 가 흐를 때 시료 내에 발생하는 횡방향 전기장 의 측정에 기초한다.

1.3. 반도체 재료의 전도형은 도면 1에 따라 홀 기전력(ЭДС 홀)의 부호로 결정한다.

(수정된 판, 변경 N 1).

도면 1*

_______________
* 도면 1. (수정된 판, 변경 N 1).

1.4. 주요 전하 운반자의 농도 및 이동도는 비저항 및 홀 계수 측정치에 기초하여 계산으로 결정한다.

2. 장비

2.1. 비저항 및 홀 계수 측정 장치의 구조도는 도면 2에 제시되어 있다.

1 — 측정되는 시료; 2 — 자석; 3 — 직류 전원; 4 — 측정 장치; 5 — 스위칭 장치

도면 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.

측정 장치는 인증되어야 한다. 전기저항률이 옴·см인 시료를 검사할 때 장치의 기본 상대오차는 비저항 측정에서 ±5% 및 홀 계수 측정에서 ±8%를 초과해서는 안 된다; 전기저항률이 옴·см인 시료의 검사에서는 각각 ±12% 및 ±15%를 초과해서는 안 된다. 2.1.2. 본 표준에 제시된 알고리즘에 따라 자동화 수단을 이용하여 측정 및 결과 처리를 수행하는 것이 허용된다. 특히 항 2.1.1의 요구사항을 준수하는 경우 ‘홀-100’, ‘홀-200’형 장비의 사용을 허용한다. 2.1.1, 2.1.2. (추가로 도입됨, 개정 N 1). 2.2. Требования к элементам структурной схемы в зависимости от параметров измеряемого материала приведены в табл.1−2. 2.2. 측정 대상 물질의 파라미터에 따른 구조도 요소에 대한 요구사항은 표 1−2에 제시되어 있다. 2.2.1. Магнит, обеспечивающий создание магнитных полей изменяемой полярности, должен удовлетворять требованиям табл.1.
2.2.1. 극성이 변경 가능한 자기장을 생성하는 자석은 표 1의 요구사항을 만족해야 한다.
Таблица 1 표 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

물질명	주요 전하 운반자 이동도 , см, 이하	자석 갭 내 자기 유도 B, Тл, 이하	측정 영역에서의 허용 자기장 불균일도, %, 이하
갈륨 비소 (GaAs) — n- 및 p-형 전도성	3·10	1,0	±3
	7·10	0,7
	1·10	0,5
갈륨 포스파이드 (GaP) — n- 및 p-형 전도성	2·10	1,0	±3

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

참고. 주전하 운반자 농도가 1·10 см를 초과하는 n형 갈륨 비소에서의 홀 계수 측정은 자기장 B가 0.7 Тл 이상일 때 수행해야 한다. 2.2.2. 직류 전원으로서 측정 회로에 극성이 변하는 전류를 생성할 수 있는 장치는 표 2의 요구사항을 충족해야 한다. 전류 계측의 오차는 비저항이 옴·cm인 재료를 측정할 때 1%를 초과해서는 안 되며, 반절연 재료의 비저항이 옴·cm인 재료를 측정할 때는 3%를 초과해서는 안 된다.

표 2

비저항 , 옴·cm, 이하	전류값 , A, 이하	측정 시간 동안 전류 불안정성 허용치, %, 이하	측정기의 입력 전기 저항 , 옴, 이상	측정기의 감도,
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. (개정된 문장, 변경 N 1).

2.2.3. 전압 측정 장치는 표 2의 요구사항을 충족해야 한다.

전압 측정의 오차는 비저항이 옴·cm인 재료를 검사할 때 1%를 초과해서는 안 되며, 준절연(반절연) 재료의 비저항이 옴·cm인 재료를 검사할 때에는 2,5%를 초과해서는 안 된다.

2.2.4. 스위칭 장치는 하나의 시편을 검사할 때 하나의 측정기를 사용하여 측정 작업을 수행할 수 있어야 한다. 스위칭 장치 접촉의 절연 전기 저항값은 측정 장치의 입력 전기 저항보다 작아서는 안 된다.

2.2.3, 2.2.4. (개정된 문장, 변경 N 1).

2.3. 보조 장비

2.3.1. 시편 거치대는 다음을 보장해야 한다:

시편 면이 자기장 방향에 대해 수직을 이루며, 수직에서의 편차가 ±3°를 초과하지 않을 것;

возможность проведения измерений при затемнении образца;

соответствие электроизоляционных свойств конструкционных материалов сопротивлению измерительного прибора.

측정 시 시료를 차광(어둡게)할 수 있는 것;

구조 재료의 전기 절연 특성이 측정기기의 저항에 적합한 것.

2.3.2 Микрометр или другой инструмент для измерения толщины образца с погрешностью не более 1·10см и с погрешностью не более 3·10см для измерения толщины 0,06 см.

2.3.2 마이크로미터 또는 시료 두께를 측정하는 기타 기구로서 측정 오차가 1·10㎝ 이하이며, 두께 0.06㎝를 측정할 때에는 오차가 3·10㎝ 이하인 것.

2.3.3. (Исключен, Изм. N 1).

2.3.3 (삭제됨, 수정 N 1).

2.3.4. Прибор для измерения абсолютного значения, магнитной индукции с погрешностью не более 2%.

2.3.4 자기 인덕션(자기 유도)의 절대값을 측정하는 기기(오차 ≤ 2%).

2.3.5. Термометр с погрешностью измерения не более 0,5 К.

2.3.5 측정 오차가 0.5 K 이하인 온도계.

3. МЕТОДЫ ОТБОРА ОБРАЗЦОВ

3. 시료 채취 방법

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).

3.1 측정은 평행한 평면 판 형상의 시편으로서 정사각형(도면 3) 또는 임의 형상의 시편, 또는 십자형 시편(도면 4)에서 실시한다.

Черт.3

Черт.4

(Измененная редакция, Изм. N 1).

(개정판, 수정 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).

3.1.1 십자형 시편의 요구사항(표 3)을 만족하는 직육면체 형태의 시편에서도 측정을 허용한다.

(추가 도입됨, 수정 N 1).

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

3.2 비절연(반절연) 재료로서 비저항 >10옴·cm 인 경우 측정은 십자형 시편(또는 직육면체)에서 실시한다.

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

3.3 시편의 특성에 대한 요구사항은 표 3에 제시되어 있다.

Таблица 3

표 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

임의 형상의 판의 경우 시료의 횡방향 치수는 최소 0,7 cm 이상이어야 한다.

3.2, 3.3. (개정된 본문, 개정 N 1).

4. 측정 준비

4.1. 십자형 시료에는 6개의 전기 접촉을 부착한다.

4.2. 평행평면 판 형태의 시료에는 네 개의 전기 접촉을 부착하며, 이를 판의 단면(단부면) 또는 주변부에 배치한다.

(개정된 본문, 개정 N 1).

4.3. 전기 접촉은 다음과 같은 특성을 가져야 한다:

선형 전류-전압 특성(측정 결과가 특정 측정 조건에 의존해서는 안 됨);

작은 접촉 저항(평가의 권장 방법은 단결정 반도체 재료의 종류에 따라 정해진다).

4.4. 전기물리적 파라미터를 측정하기 전에 시료의 기하학적 치수를 측정한다.

4.4.1. 평행평면 판 형태의 시료 두께는 세 지점에서 측정한다: 가운데 1곳과 주변부의 2곳. 시료의 횡선형 치수가 5 cm를 초과하면, 두께는 5지점에서 측정한다: 가운데 1곳과 주변부 4곳. 두께 측정 결과는 얻어진 값들의 산술평균을 취한다.

4.4.2. 십자형 시료의 기하학적 치수는 시료의 반대쪽 끝에서 두 번 측정한다. 측정 결과는 얻어진 값들의 산술평균을 취한다.

4.4, 4.4.1, 4.4.2. (추가로 도입됨, 개정 N 1).

5. 측정 실시

5.1. 측정은 일정 온도에서 수행한다. 측정 시간 동안 허용되는 온도 편차는 0,5 K를 넘지 않는다.

5.2. 평행평면 판 형태의 시료에서의 측정 실시.

5.2.1. 시료를 홀더에 장착하고 시료 주변의 인접한 접촉 쌍을 사용하여 전류를 흘린다. 다음 순서로 전류 값 및 두 번째 접촉 쌍에서 발생하는 전위차 를 기록한다:

, ;

, ;

, ;

, .

(개정된 본문, 개정 N 1).

5.2.2. 자기장을 인가하고 전류값 , 자기 유도 및 전위차 를 다음 순서로 기록한다:

, ;

, ;

, ;

,

숫자 지수는 시료의 접촉을 나타낸다(도 3). 한 항목(5.2.1 또는 5.2.2) 내에서의 측정 전류 값은 동일해야 하며; 서로 다른 항목에서 수행되는 측정의 전류 값은 표 2의 요구 범위 내에서 다를 수 있다.

5.3. 십자형 시료에서의 측정 실시

5.3.1. 시료를 홀더에 장착하고 전류를 흘린다. 두 방향의 전류값 , 및 전위차 를 기록한다:

;

;

;

.

5.3.2. 자기장을 인가하고 자기 유도 B, 두 방향의 전류 , 및 전위차 를 기록한다:

, ;

, ;

, ;

, .

숫자 지수는 시료의 접촉에 해당한다(도 4).

6. 결과 처리

6.1. 평행평면 판 형태의 시료에서의 측정 결과 처리

6.1.1. 전압 값 , , , 및 계수 , 는 다음 식에 따라 계산한다:

; (1)

; (2)

; (3)

. (4)

전압 값 , 및 계수 , 를 계산할 때에는 측정으로 얻은 값들의 부호를 대수적으로 고려한다.

계수 및 를 정할 때에는 큰 합을 작은 합으로 나누어 결과가 1보다 크게 얻어지도록 한다.

; (5)

. (6)

값 및 를 결정할 때에도 측정으로 얻은 값들의 부호를 대수적으로 고려한다.

(개정된 본문, 개정 N 1).

6.1.2. 보정 계수 및 는 필수 부속서에 따라 결정한다.

6.1.3. 전압의 평균값 및 는 다음 식으로 계산한다:

; (7)

. (8)

6.1.4. 비저항 , Ом·см는 다음 식으로 계산한다

, (9)

여기서 는 항 5.2.1에 따라 측정이 수행된 전류 값, A;

는 측정된 시료의 두께, cm;

는 비저항 측정 시의 전압 평균값, V이다.

6.1.5. 홀 계수 , см/Кл는 다음 식으로 계산한다

, (10)

여기서 는 자기장의 유도 값, T;

는 항 5.2.2에 따라 측정이 수행된 전류 값, A;

는 홀 전기기전력(EMF)의 평균값, V이다.

6.1.6. 주요 전하 운반자 농도 , см는 다음 식으로 계산한다

, (11)

여기서 는 전자의 전하량; 는 단위 전하량, Кл;

는 홀 계수(홀 인자)로서 1로 가정한다.

(개정된 본문, 개정 N 1).

6.1.7. 주요 전하 운반자의 홀 이동도 , см는 다음 식으로 계산한다

. (12)

6.2. 십자형 시료에서의 측정 결과 처리

6.2.1. 전압 값 , , 는 다음 식으로 계산한다:

; (13)

; (14)

. (15)

값 , , 는 측정으로 얻은 값들의 부호를 대수적으로 고려한다.

(개정된 본문, 개정 N 1).

6.2.2. 평균값 , , 는 다음 식으로 계산한다:

; (16)

; (17)

. (18)

6.2.3. 비저항 , Ом·см 및 홀 계수 , см/Кл는 다음 식으로 계산한다:

; (19)

, (20)

여기서 , 는 식 (17) 및 (18)에 의해 계산된 전류 값, A;

는 시료의 단면적, cm: ,

여기서 는 시료 두께, cm;

는 시료 폭, cm;

, 는 식 (13), (16)에 의해 계산된 전압 값, V;

는 자석 갭에서의 자기 유도 값, T;

는 접촉 1과 2, 3과 4 사이의 거리, cm (도 4).

6.2.4. 농도와 이동도는 식 (11) 및 (12)에 따라 계산한다.

6.2.5. 반절연 재료에서의 비저항 및 주요 전하 운반자 농도 값(Ом·см)은 온도 로 보정할 수 있으며, 다음 식을 따른다:

; (21)

; (22)

, (23)

여기서 는 볼츠만 상수; 는 eV·K 단위;

는 측정 온도, K;

는 재료의 반절연 특성을 결정하는 깊은 불순물 중심의 활성화 에너지, eV이다.

GaAs의 p-형 전도성에 대해서는 eV이다.

GaP의 경우 eV이다.

6.2.6. 측정 결과는 유효숫자 3자리와 차수를 명기하여 표시한다. 측정 및 계산 결과는 반올림 규칙에 따라 반올림한다: 버리는 숫자들 중 오른쪽에서 첫 번째 숫자가 5 이상이면 마지막 숫자를 1만큼 올리고, 5 미만이면 나머지 숫자를 변경하지 않는다.

6.2.7. 신뢰도 에서 비저항 측정의 총 최소 오차가 존재하는 구간은 다음과 같다: 비저항이 Ом·см인 시료에 대해 ±5%; 비저항이 Ом·см인 시료에 대해 ±12%.

6.2.8. 신뢰도 에서 주요 전하 운반자 농도 측정의 총 최소 오차가 존재하는 구간은 다음과 같다: 비저항이 Ом·см인 시료에 대해 ±8%; 비저항이 Ом·см인 시료에 대해 ±15%.

6.2.9. 신뢰도 에서 주요 전하 운반자 이동도 측정의 총 최소 오차가 존재하는 구간은 다음과 같다: 비저항이 Ом·см인 시료에 대해 ±8%; 비저항이 Ом·см인 시료에 대해 ±10%.

6.2.10. 제어되는 시료에 이물 포함물의 존재나 전기물리적 파라미터의 분포 불균일성은 측정의 총 오차를 증가시키며, 이는 특정 제품에 적용되는 방법의 계측학적 인증 시에 정해진다.

6.2.5−6.2.10. (추가로 도입됨, 개정 N 1).

6.3−6.9. (삭제됨, 개정 N 1).