專利名稱：一類用于測量銻化物材料載流子濃度剖面的電解液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一類用于測量銻化物半導(dǎo)體材料載流子濃度剖面的電解液，更確切地說涉及一類適用于電化學(xué)電容-電壓(ECV)方法測量銻化物材料載流子濃度的電解液。屬于半導(dǎo)體材料表征領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件的材料生長和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，精確測定各外延層的剖面載流子濃度非常關(guān)鍵。傳統(tǒng)方法使用金屬在半導(dǎo)體表面形成肖特基接觸進(jìn)行測量，但是其測量深度受高場區(qū)的反向擊穿電壓限制。20世紀(jì)70年代Ambridge等人提出了使用電解液和半導(dǎo)體形成肖特基勢壘，在測量的過程中用電化學(xué)方法對(duì)材料進(jìn)行腐蝕，從而可使測量的深度不受限制。在這基礎(chǔ)上研制出了相應(yīng)的測試設(shè)備，如Bio-Rad的PN-4200和PN-4300。
電化學(xué)C-V載流子濃度剖面測量是研究半導(dǎo)體材料和器件的一種十分有效的手段。在GaAs和InP系材料中電化學(xué)C-V測量方法已發(fā)展的相當(dāng)成熟，但對(duì)于銻基化合物，如GaSb，GaAsSb和AlGaAsSb等此方法尚較少使用，這主要是由于現(xiàn)有的常規(guī)測量電解液如Tiron(T.Ambridge，J.Stevenson，M.Redstall，“Applications of electrochemical methods forsemiconductor characterization”，J.Electrochem.Soc.Solid StateScience and Technology，Vol 127，no 1，pp222-228)不適用于銻化物材料的測量，所測得載流子濃度結(jié)果普遍較實(shí)際情況要高一到二個(gè)數(shù)量級(jí)，這主要是由于在測量過程中電解液-半導(dǎo)體形不能形成很好的肖特基結(jié)所導(dǎo)致的。另外，原有的常規(guī)電解液在腐蝕材料的過程中會(huì)在材料表面生成難以去除的氧化物，使測量時(shí)不能正確的確定接觸面積的數(shù)值，從而得到不準(zhǔn)確的測量結(jié)果。要在測量中形成較好的電解液-半導(dǎo)體肖特基結(jié)并保證腐蝕過程中接觸面積的穩(wěn)定，根據(jù)不同材料選擇合適的電解液是關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適用于電化學(xué)C-V方法測量銻化物半導(dǎo)體材料剖面載流子濃度的電解液。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種以去離子水為溶劑的無機(jī)電解液，基礎(chǔ)溶質(zhì)為酒石酸鉀鈉，添加酸性或堿性溶液以形成可用于測量銻化物材料載流子濃度的電解液。
本發(fā)明由于采用上述技術(shù)方案，具有如下特點(diǎn)采用去離子水為溶劑，電解液粘度小，有利于防止反應(yīng)時(shí)生成氣泡的干擾和精確確定腐蝕坑的面積；電解液中含有酒石酸根離子，可以和生成的含銻的氧化物發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，生成溶于水的絡(luò)合物，從而使腐蝕反應(yīng)能繼續(xù)進(jìn)行，并保持腐蝕坑平整光滑；采用酸和堿調(diào)節(jié)電解液的酸堿度在酸性環(huán)境下，電解液和N型銻化物材料接觸界面形成較好的肖特基結(jié)；在堿性環(huán)境下，電解液和P型銻化物材料接觸界面形成好的肖特基結(jié)。
具體地說，本發(fā)明提供的測量銻化物剖面載流子濃度分布的電解液以水為溶劑，以酒石酸鉀鈉為基本溶質(zhì)，添加酸性或堿性溶液來調(diào)節(jié)溶液的pH值在3-12范圍，以分別測定n型或p型銻化物半導(dǎo)體材料載流子濃度。
所述的酒石酸鉀鈉的每100毫升溶劑中加入量為5克-15克。
所述的添加酸性溶液可以是鹽酸、酒石酸或醋酸等非氧化性酸或它們的混合物，濃度為0.2摩爾/升-0.5摩爾/升；
所述的添加堿性溶液為氫氧化鈉或氫氧化鉀與乙二胺四乙酸(EDTA)的混合溶液，氫氧化鈉或氫氧化鉀的濃度是每1000毫升溶劑6-10克，EDTA的濃度是1000毫升溶劑18-50克，兩者的重量為1∶3-1∶5。
由以上溶劑和溶質(zhì)配成的電解液還具有以下優(yōu)良的性質(zhì)化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性好，方便保存；電解液腐蝕性小、無毒性，利于實(shí)驗(yàn)操作；化學(xué)試劑來源方便。


圖1-圖3用本發(fā)明提供的電解液在不同酸性濃度下測定GaSb襯底的載流子濃度隨襯底厚度的分布圖4高阻GaAs襯底上外延生長的摻碲的GaAs0.02Sb0.98薄膜在酸性濃度下測定的載流子濃度隨外延層厚度的分布圖5、6高阻InP襯底上外延生長的摻碳GaAs0.5Sb薄膜在不同堿性濃度下測定的載流子濃度隨外延層厚度分布具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和先進(jìn)性，但絕非限制本發(fā)明，即本發(fā)明絕非僅局限于實(shí)施例。
實(shí)施例1測量材料GaSb襯底測量電解液配方去離子水250毫升，酒石酸鉀鈉15克，酒石酸9.4g(～0.25M)Hall測量結(jié)果n型，載流子濃度2.0×1017/cm3測得的載流子濃度隨襯底厚度的分布如圖1所示實(shí)施例2測量材料GaSb襯底測量電解液配方去離子水244毫升，酒石酸鉀鈉15克，濃度為37.5％的鹽酸6毫升(～0.25M)Hall測量結(jié)果n型，載流子濃度2.0×1017/cm3
圖2顯示出測得的載流子濃度隨襯底厚度的分布實(shí)施例3測量材料GaSb襯底測量電解液配方去離子水243毫升，酒石酸鉀鈉15克，冰醋酸7毫升(～0.5M)Hall測量結(jié)果n型，載流子濃度2.0×1017/cm3測得的載流子濃度隨襯底厚度的分布圖見圖3實(shí)施例4測量材料高阻GaAs襯底上外延生長的摻碲(Te)GaAs0.02Sb0.98薄膜測量電解液配方去離子水250毫升，酒石酸鉀鈉20克，濃度為37.5％的鹽酸12毫升(～0.5M)Hall測量結(jié)果n型，載流子濃度3.0×1018/cm3測得的載流子濃度隨外延層厚度的分布圖見圖4實(shí)施例5測量材料高阻InP襯底上外延生長的摻碳(C)GaAs0.5Sb0.5薄膜測量電解液配方去離子水250毫升，酒石酸鉀鈉25克，氫氧化鈉2克，EDTA 9.3克Hall測量結(jié)果p型，載流子濃度1.0×1020/cm3測得的載流子濃度隨外延層厚度的分布見圖5實(shí)施例6測量材料高阻InP襯底上外延生長的摻碳(C)GaAs0.5Sb0.5薄膜測量電解液配方去離子水250毫升，酒石酸鉀鈉25克，氫氧化鉀3克，EDTA 9.3克Hall測量結(jié)果p型，載流子濃度8×1019/cm3圖6顯示出測得的載流子濃度隨外延層厚度的分布由以上六個(gè)實(shí)施例的測定結(jié)果表明采用此類電解液進(jìn)行的電化學(xué)C-V測量所得的材料載流子濃度剖面分布可以得到滿意的結(jié)果，測量結(jié)果與霍爾方法在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)完全符合。
權(quán)利要求
1.一類用于電化學(xué)電容—電壓(ECV)方法測量銻化物材料剖面載流子濃度分布的電解液，其特征是以水為溶劑，以酒石酸鉀鈉為基本溶質(zhì)，添加酸性或堿性溶液來調(diào)節(jié)溶液的pH值在3～12范圍內(nèi)，以分別測量n型或p型銻化物半導(dǎo)體材料的載流子濃度。
2.如權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于所述的酒石酸鉀鈉的濃度為5克/100毫升溶劑～15克/100毫升溶劑。
3.如權(quán)利要求1所述的電解液，其特征在于添加的酸性溶液為鹽酸、酒石酸或冰醋酸中一種，或它們的混合物，濃度為0.2摩爾/升～0.5摩爾/升；堿性溶液為氫氧化鈉或氫氧化鉀和乙二胺四乙酸混合溶液，濃度分別為6克/1000毫升溶劑～10克/1000毫升溶劑和18克/1000毫升溶劑～50克/1000毫升溶劑，兩者的重量比為1∶3～1∶5。
全文摘要
本發(fā)明提供一類適用于電化學(xué)電容－電壓(ECV)方法測量銻化物半導(dǎo)體材料載流子濃度剖面分布電解液，目的在于提高電化學(xué)電容－電壓方法測量銻化物材料載流子濃度的準(zhǔn)確性。其基本特征在于基礎(chǔ)溶液為酒石酸鉀鈉的水溶液；在測量不同導(dǎo)電類型(p型或n型)的銻化物半導(dǎo)體材料時(shí)，分別添加酸性溶液或者堿性溶液以形成可靠的電解液—半導(dǎo)體肖特基結(jié)，從而達(dá)到準(zhǔn)確測量的目的。添加的酸性溶液可以是鹽酸、酒石酸或冰醋酸等非氧化性酸或它們的混合物，添加的堿性溶液可為氫氧化鈉或氫氧化鉀與乙二胺四乙酸(EDTA)的混合溶液。在電化學(xué)C－V方法測量中采用此電解液測量銻化物材料的剖面載流子濃度，能獲得與霍爾等方法測量結(jié)果相符的結(jié)果，并且具有無毒性、易保存等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N27/28GK1632552SQ20041009324
公開日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者洪婷, 張永剛, 朱福英 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所