СССР
Государственный стандарт от 01 января 1985 года № ГОСТ 25948-83

ГОСТ 25948-83 (СТ СЭВ 3910-82) Арсенид галлия и фосфид галлия монокристаллические. Измерение удельного электрического сопротивления и коэффициента Холла (с Изменением N 1)

Принят
Государственным комитетом СССР по стандартам
28 октября 1983 года
Разработан
Министерством цветной металлургии СССР
01 января 1985 года
    ГОСТ 25948-83
    (СТ СЭВ 3910-82)
    Группа В09
    ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
    АРСЕНИД ГАЛЛИЯ И ФОСФИД ГАЛЛИЯ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ
    Измерение удельного электрического сопротивления и коэффициента Холла
    Monocrystal gallium arsenide and gallium phosphide. Measurement of specific electric resistance and Hall-coefficient
    ОКСТУ 1772
    Срок действия с 01.01.85
    до 01.01.90*

    ________________________________
    * Ограничение срока действия снято
    по протоколу N 4-93 Межгосударственного Совета
    по стандартизации, метрологии и сертификации
    (ИУС N 4, 1994 год). - Примечание изготовителя базы данных.


    РАЗРАБОТАН Министерством цветной металлургии СССР
    ИСПОЛНИТЕЛИ
    А.В.Елютин, Н.Н.Соловьев, Н.И.Сучкова, В.М.Михайлов
    ВНЕСЕН Министерством цветной металлургии СССР
    Член Коллегии А.П.Снурников
    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 28 октября 1983 г. N 5178
    ВНЕСЕНО Изменение N 1, утвержденное и введенное в действие с 01.01.90 постановлением Госстандарта СССР от 22.03.89 N 606
    Изменение N 1 внесено изготовителем базы данных по тексту ИУС N 6, 1989 год
    Настоящий стандарт устанавливает метод измерения удельного электрического сопротивления, коэффициента Холла и определения типа электропроводности, концентрации и холловской подвижности основных носителей заряда для полупроводниковых материалов с удельным электрическим сопротивлением от 10 до 10 Ом·см монокристаллических арсенида галлия и фосфида галлия.
    Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 3910-82.
    (Измененная редакция, Изм. N 1).
    якорь
    1.СУЩНОСТЬ МЕТОДА
    1.1.Определение удельного электрического сопротивления основано на измерении продольного электрического поля и плотности тока , вызываемого этим полем.
    1.2.Определение коэффициента Холла основано на измерении поперечного электрического поля , возникающего в полупроводнике, помещенном в магнитное поле индукций при протекании через него тока плотностью в направлении, перпендикулярном магнитному полю.
    1.3.Тип электропроводности полупроводникового материала устанавливают по знаку ЭДС Холла в соответствии с черт.1.
    (Измененная редакция, Изм. N 1).

    Черт.1*
    _______________
    * Чертеж 1. (Измененная редакция, Изм. N 1).
    1.4.Концентрацию и подвижность основных носителей заряда определяют расчетным путем на основании данных по измерению удельного электрического сопротивления и коэффициента Холла.
    якорь
    2.АППАРАТУРА
    2.1.Структурная схема установки для измерения удельного электрического сопротивления и коэффициента Холла представлена на черт.2.

    1 - измеряемый образец; 2 - магнит; 3 - источник постоянного тока; 4 - измерительное устройство; 5 - коммутирующее устройство
    Черт.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.
    2.1.1, 2.1.2. (Введены дополнительно, Изм. N 1).
    2.2.Требования к элементам структурной схемы в зависимости от параметров измеряемого материала приведены в табл.1-2.
    2.2.1.Магнит, обеспечивающий создание магнитных полей изменяемой полярности, должен удовлетворять требованиям табл.1.
    Таблица 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

    Примечание. Измерение коэффициента Холла в арсениде галлия -типа электропроводности с концентрацией основных носителей заряда более 1·10 см выполняют при значении В не менее 0,7 Тл.
    2.2.2.Источник постоянного тока, обеспечивающий создание в измерительной цепи электрического тока изменяемой полярности, должен удовлетворять требованиям табл.2. Погрешность регистрации электрического тока не должна превышать 1% при измерении материала с удельным электрическим сопротивлением Ом·см и 3% при измерении полуизолирующего материала с удельным электрическим сопротивлением Ом·см.
    Таблица 2
    Удельное электрическое сопротивление , Ом·см, не более Значение электрического тока , А, не более Допустимая нестабильность электрического тока за время измерения, %, не более Входное электрическое сопротивление измерительного прибора , Ом, не менее Чувствительность измерительного прибора,
    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. (Измененная редакция, Изм. N 1).
    2.2.3.Прибор для измерения электрического напряжения должен удовлетворять требованиям табл.2.
    Погрешность измерения электрического напряжения не должна превышать 1% при контроле материала с удельным электрическим сопротивлением Ом·см и 2,5% - при контроле полуизолирующего материала с удельным электрическим сопротивлением Ом·см.
    2.2.4.Коммутирующее устройство должно обеспечивать при контроле одного образца проведение измерительных операций с использованием одного измерительного прибора. Значение величины электрического сопротивления изоляции контактов коммутирующего устройства не должно быть менее входного электрического сопротивления измерительного устройства.
    2.2.3, 2.2.4. (Измененная редакция, Изм. N 1).
    2.3.Вспомогательные средства
    2.3.1.Держатель образца должен обеспечивать:
    перпендикулярность плоскости образца направлению магнитного поля с отклонением от перпендикулярности не более ±3°;
    возможность проведения измерений при затемнении образца;
    соответствие электроизоляционных свойств конструкционных материалов сопротивлению измерительного прибора.
    2.3.2 Микрометр или другой инструмент для измерения толщины образца с погрешностью не более 1·10 см и с погрешностью не более 3·10 см для измерения толщины 0,06 см.
    2.3.3.(Исключен, Изм. N 1).
    2.3.4.Прибор для измерения абсолютного значения, магнитной индукции с погрешностью не более 2%.
    2.3.5.Термометр с погрешностью измерения не более 0,5 К.
    якорь
    3.МЕТОДЫ ОТБОРА ОБРАЗЦОВ
    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).

    Черт.3

    Черт.4
    (Измененная редакция, Изм. 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).
    3.2.Измерения полуизолирующего материала с удельным электрическим сопротивлением >10 Ом·см проводят на образцах крестообразной формы (либо в форме параллелепипеда).
    3.3.Требования к характеристикам образцов приведены в табл.3.
    Таблица 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

    Для пластин произвольной формы поперечный размер образца должен быть не менее 0,7 см.
    3.2, 3.3. (Измененная редакция, Изм. N 1).
    якорь
    4.ПОДГОТОВКА К ИЗМЕРЕНИЯМ
    4.1.На образец крестообразной формы наносят шесть электрических контактов.
    4.2.На образец в виде плоскопараллельной пластины наносят четыре электрических контакта, располагая их на торцовой поверхности или периферии пластины.
    (Измененная редакция, Изм. N 1).
    4.3.Электрические контакты должны обладать:
    линейной вольт-амперной характеристикой (результаты измерения не должны зависеть от конкретных режимов измерений);
    малым переходным сопротивлением (рекомендуемые методы оценки устанавливаются в зависимости от вида полупроводниковых монокристаллических материалов).
    4.4.Перед выполнением измерений электрофизических параметров измеряют геометрические размеры образца.
    4.4.1.Толщину образца в виде плоскопараллельной пластины измеряют в трех точках: одной в центре и двух на периферии пластины. Если поперечный линейный размер образца превышает 5 см, толщину образца измеряют в 5 точках: одной в центре и четырех на периферии образца. За результат измерения толщины принимают среднее арифметическое полученных значений.
    4.4.2.Геометрические размеры образцов крестообразной формы измеряют два раза в противоположных концах образца. За результат измерений принимают среднее арифметическое полученных значений.
    4.4, 4.4.1, 4.4.2. (Введены дополнительно, Изм. N 1).
    якорь
    5.ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ
    5.1.Измерения проводят при фиксированной температуре. Допускаемое отклонение температуры за время измерения не более 0,5 К.
    5.2.Проведение измерений на образцах в виде плоскопараллельных пластин.
    5.2.1.Образец устанавливают в держатель и пропускают через него электрический ток, используя соседнюю по периметру образца пару контактов. Фиксируют значение тока и разности потенциалов , возникающей на второй паре контактов, в следующем порядке:
    , ;
    , ;
    , ;
    , .
    (Измененная редакция, Изм. N 1).
    5.2.2.Вводят магнитное поле, фиксируют значения тока , магнитной индукции и разности потенциалов в следующем порядке:
    , ;
    , ;
    , ;
    ,
    Цифровые индексы соответствуют контактам образца (черт.3). Значения токов при измерениях в пределах одного пункта (5.2.1 или 5.2.2) должны быть одинаковыми; значения токов при выполнении измерений по разным пунктам могут различаться в пределах требования табл.2.
    5.3.Проведение измерений на образцах крестообразной формы
    5.3.1.Образец устанавливают в держатель и пропускают через него электрический ток. Фиксируют значения электрического тока в двух направлениях , и разности потенциалов :
    ;
    ;
    ;
    .
    5.3.2.Вводят магнитное поле, фиксируют значения магнитной индукции В, электрического тока в двух направлениях , и разности потенциалов :
    , ;
    , ;
    , ;
    , .
    Цифровые индексы соответствуют контактам образца (черт.4).
    якорь
    6.ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
    6.1.Обработка результатов измерений на образце в форме плоскопараллельной пластины
    6.1.1.Значения напряжений , , , и коэффициенты , вычисляют по формулам:
    ; (1)
    ; (2)
    ; (3)
    . (4)
    При вычислении значений напряжений , и коэффициентов , алгебраически учитывают знаки величин, полученных при измерениях.
    При определении коэффициентов и делят большую сумму на меньшую, чтобы получить результат более 1.
    ; (5)
    . (6)
    При определении значений и алгебраически учитывают знаки величин, полученных при измерениях.
    (Измененная редакция, Изм. N 1).
    6.1.2.Определяют поправочные коэффициенты и , в соответствии с обязательным приложением.
    6.1.3.Средние значения напряжений и вычисляют по формулам:
    ; (7)
    . (8)
    6.1.4.Удельное электрическое сопротивление , Ом·см, вычисляют по формуле
    , (9)
    где - значение электрического тока, при котором проводились измерения по п.5.2.1, А;
    - толщина измеряемого образца, см;
    - среднее значение напряжения при измерении удельного электрического сопротивления, В.
    6.1.5.Коэффициент Холла , см/Кл, вычисляют по формуле
    , (10)
    где - значение индукции магнитного поля, Т;
    - значение электрического тока, при котором проводились измерения по п.5.2.2, А;
    - среднее значение ЭДС Холла, В.
    6.1.6.Концентрацию основных носителей заряда , см, вычисляют по формуле
    , (11)
    где - заряд электрона; Кл;
    - холловский фактор, принимаемый равным 1.
    (Измененная редакция, Изм. N 1).
    6.1.7.Холловскую подвижность основных носителей заряда , см, вычисляют по формуле
    . (12)
    6.2.Обработка результатов измерений на образце крестообразной формы
    6.2.1.Значения напряжений , , вычисляют по формулам:
    ; (13)
    ; (14)
    . (15)
    При определении значений , , - алгебраически учитывают знаки величин, полученных при измерениях.
    (Измененная редакция, Изм. N 1).
    6.2.2.Средние значения , , вычисляют по формулам:
    ; (16)
    ; (17)
    . (18)
    6.2.3.Удельное электрическое сопротивление , Ом·см, и коэффициент Холла , см/Кл, вычисляют по формулам:
    ; (19)
    , (20)
    где , - значения электрического тока, вычисленные по формулам (17) и (18), А;
    - площадь поперечного сечения образца, см: ,
    где - толщина образца, см;
    - ширина образца, см;
    , - значения напряжений, вычисленные по формулам (13), (16), В;
    - значение индукции магнитного поля в зазоре магнита, Т;
    - расстояние между контактами 1 и 2, 3 и 4, см (чер
    т.4). 
    6.2.4.Концентрацию и подвижность основных носителей заряда вычисляют по формулам (11) и (12).
    6.2.5.Значения удельного электрического сопротивления и концентрации основных носителей заряда в полуизолирующих материалах ( Ом·см) могут быть приведены к температуре по формулам
    ; (21)
    ; (22)
    , (23)
    где - постоянная Больцмана; эВ К;
    - температура измерения, К;
    - энергия активации глубокого примесного центра, определяющего полуизолирующие свойства материала, эВ.
    Для GaAs -типа электропроводности эВ.
    Для GaP э
    В. 
    6.2.6.Результаты измерений представляют числом с тремя значащими цифрами с указанием порядка величины. Результаты измерений и вычислений округляют в соответствии с правилом: если первая (справа налево) из отбрасываемых цифр более или равна 5, то последнюю цифру увеличивают на 1; если менее 5, то оставшиеся цифры не изменяют.
    6.2.7.Интервал, в котором находится минимальное значение суммарной погрешности измерения удельного электрического сопротивления с доверительной вероятностью , составляет ±5% для образцов с удельным электрическим сопротивлением Ом·см; ±12% для образцов с удельным электрическим сопротивлением Ом·см.
    6.2.8.Интервал, в котором находится минимальное значение суммарной погрешности измерения концентрации основных носителей заряда с доверительной вероятностью , составляет ±8% для образцов с удельным электрическим сопротивлением Ом·см; ±15% для образцов с удельным электрическим сопротивлением Ом·см.
    6.2.9.Интервал, в котором находится минимальное значение суммарной погрешности измерения подвижности основных носителей заряда с доверительной вероятностью , составляет ±8% для образцов с удельным электрическим сопротивлением Ом·см; ±10% для образцов с удельным электрическим сопротивлением Ом·см.
    6.2.10.Наличие в контролируемом образце посторонних включений, неоднородности распределения электрофизических параметров приводит к увеличению суммарной погрешности измерений, которую устанавливают при метрологической аттестации метода применительно к конкретной продукции.
    6.2.5-6.2.10.(Введены дополнительно, Изм. N 1).
    6.3-6.9.(Исключены, Изм. N 1).