DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO PARA LA DETERMINACION DE LAS PROPIEDADES ELECTRICAS DE UNA MUESTRA DE UN MATERIAL EXCITABLE.

Dispositivo para la determinación de las propiedades eléctricas de una nuestra de un material excitable,

en particular de una plaquita de silicio, comprendiendo:

a. una fuente de microondas (6) para generar un campo de microondas,

b. un sistema de resonancia (2) acoplado a la fuente de microondas (6) de una forma que transmita las microondas, que comprende

i.un resonador de microondas,

ii.la muestra que se trata de investigar,

c. por lo menos una fuente de excitación (3) situada en el entorno de la muestra para la excitación eléctrica controlada de la muestra, y

d. un dispositivo de medición (5) para medir por lo menos un parámetro físico del sistema de resonancia (2)

Dispositivo y procedimiento para la determinación de las propiedades eléctricas de una muestra de un material excitable.

La invención se refiere a un dispositivo para la determinación de las propiedades eléctricas de una muestra de un material excitable. La invención se refiere además a un procedimiento para la determinación de las propiedades eléctricas de un material excitable.

La fotoconductividad de los semiconductores se conoce aproximadamente desde hace medio siglo. En este efecto se generan en un semiconductor portadores de cargas libres por irradiación de luz. Los detalles exactos de este proceso dependen del material. Además, unas mínimas irregularidades en la estructura cristalina de un semiconductor ya pueden dar lugar a unas diferencias importantes en la cantidad y en las propiedades eléctricas, tales como la movilidad y la vida útil, de los portadores de cargas que se generen. Esta clase de faltas de homogeneidad repercuten negativamente en la calidad de los componentes semiconductores, por ejemplo en las plaquitas. Por este motivo es de suma importancia establecer una topografía detallada de las propiedades eléctricas de una plaquita para detectar defectos del cristal, en particular incluso ya durante la fabricación de la plaquita. Para ello se puede aprovechar la interacción de los portadores de cargas generados ópticamente, con un campo de microondas exterior.

En el documento DE 44 00 097 A1 se describe un procedimiento en el que se irradia luz sobre la superficie de un material semiconductor que se trata de medir, y que de este modo excita en la capa delgada superficial del material semiconductor unos portadores de carga. Una onda electromagnética proyectada sobre la superficie del material semiconductor es reflejada por la superficie en una medida que varía en función de la densidad momentánea del portador de cargas. La onda reflejada se detecta y se evalúa mediante un circuito de tratamiento de la señal.

Los procedimientos conformes al estado de la técnica adolecen del inconveniente de una sensibilidad de determinación relativamente reducida, y requieren por lo tanto para el uso de los componentes semiconductores unas tasas de inyección de un valor irrealistamente alto, y requieren mucho tiempo para determinar la topografía detallada de una plaquita completa.

La invención tiene como objetivo crear un procedimiento y un dispositivo mediante el cual se pueda determinar la topografía detallada de una plaquita con unas tasas de inyección reducidas y en tiempo corto.

Este objetivo se resuelve por las características de la reivindicación 1. La esencia de la invención consiste en que por lo menos una zona parcial de la muestra que se trata de investigar actúa ella misma como elemento parcial de un sistema de resonancia, y porque se mide con resolución en el tiempo la variación de impedancia del sistema de resonancia causada por una excitación controlada de la muestra. Esto da lugar a una sensibilidad de determinación considerablemente más alta y a un considerable ahorro de tiempo en comparación con el estado de la técnica.

Otras realizaciones ventajosas de la invención se deducen de las reivindicaciones subordinadas.

Otras características y detalles adicionales de la invención se deducen de la descripción de un ejemplo de realización sirviéndose de los dibujos. Éstos muestran:

Fig. 1 una vista esquemática de un dispositivo conforme a un ejemplo de realización,

Fig. 2 una vista esquemática de un puente de microondas que lleva acoplado un sistema de resonancia y un sistema de medición, y

Fig. 3 una vista detallada del sistema de resonancia.

A continuación se describe la estructura del dispositivo haciendo referencia a la Fig. 1. Un dispositivo para la determinación de las propiedades eléctricas de una muestra de un material excitable comprende un puente de microondas 1, un sistema de resonancia 2, por lo menos una fuente de excitación 3, un dispositivo de posicionamiento 4 y una instalación de medida 5. Además puede estar prevista una regulación de temperatura para enfriar o calentar el sistema de resonancia 2, que no está representada en la Fig. 1. Además puede estar previsto un dispositivo tampoco representado en la Fig. 1 para hacer el vacío en el sistema de resonancia 2.

En primer lugar se describirá con mayor detalle el puente de microondas 1, de por sí conocido, haciendo para ello referencia a la Fig. 2. El puente de microondas 1 comprende una fuente de microondas 6, que puede ser por ejemplo un diodo Gunn. Este genera microondas en un campo de 0,1 a 300 GHz, en particular en un campo de 1 a 100 GHz, en particular en el campo de 6 a 11 GHz, es decir en la banda X. La frecuencia de las microondas generadas por la fuente de microondas 6 se puede sintonizar. Las microondas se reparten por medio de un distribuidor que no está representado, en un brazo principal 7 y un brazo de referencia 8. En el brazo principal 7 está previsto un primer amortiguador. Entre el primer amortiguador y el sistema de resonancia 2 que está acoplado al puente de microondas está previsto un circulador 10. Para ello un primer brazo 11 del circulador 10 está unido al primer amortiguador 9. Un segundo brazo 12 del circulador 10 está unido al sistema de resonancia 2. Por último, un tercer brazo 13 del circulador está unido a un mezclador 14. El brazo de referencia 8 lleva un segundo amortiguador 15 y un modificador de fase 16. El brazo de referencia 8 también está unido al mezclador 14. Las uniones en el puente de microondas 1 están realizadas como guías de ondas 17, es decir en forma de transmisión de microondas. Pueden estar realizados por ejemplo como conductores huecos o cables coaxiales. El puente de microondas 1 también puede presentar un solo amortiguador o incluso ninguno.

A continuación y haciendo referencia a la Fig. 3 se describe el sistema de resonancia 2. El sistema de resonancia 2 comprende un resonador de microondas, una muestra que se trata de investigar, un dieléctrico 18 que absorbe las microondas y un reflector de microondas 19. El dieléctrico 18 puede ser por ejemplo de vidrio, teflón o aire. El reflector de microondas 19 consiste en un material de alta conductividad eléctrica, por ejemplo un metal, en particular Cu, Au, Al, latón, etc. o un material semiconductor altamente dotado. Existe la posibilidad de prever para una muestra más de un resonador de microondas El resonador de microondas está realizado como resonador de cavidad 20, en particular como resonador de cavidad cilíndrica 20. Caben también otras formas geométricas del resonador de cavidad 20. El resonador de cavidad 20 también puede estar realizado en forma de cubo. El resonador de cavidad 20 tiene una calidad Q siendo Q > 100, en particular Q > 1000.

El resonador cilíndrico de cavidad 20 presenta una cavidad 21 de forma cilíndrica con un eje longitudinal central 22 así como una pared lateral 23 que rodea el perímetro de la cavidad 21, y por lo menos una primera pared frontal 24 que cubre por lo menos la cara frontal de la cavidad 21. Sobre el lado de la cavidad 21 opuesto a la primera pared frontal 24 y a lo largo del eje longitudinal central 22 está prevista una segunda pared frontal 25. La segunda pared frontal 25 presenta un orificio 26. El orificio 26 tiene preferentemente una sección circular con un diámetro D, y está dispuesta concéntricamente con respecto al eje longitudinal central 22. Se tiene: 1 mm < D < 30 cm, en particular 1 cm < D < 10 cm. Las paredes 23, 24, 25 que limitan la cavidad 21 son de un material de alta conductividad eléctrica, por ejemplo metal, y en particular Cu, Au, latón, etc. A lo largo del eje longitudinal central 22 y fuera de la cavidad 21 y a una distancia a delante del orifico 26 se encuentra una muestra que se trata de investigar. En este caso rige: a < 5 cm, en particular a < 1 cm, muy particularmente a < 1 mm. Al ir aumentando la distancia a, disminuye la calidad Q. La muestra se compone de un material excitable, en particular de un material semiconductor. La probeta puede ser por ejemplo una plaquita 27, en particular de silicio. Por el lado de la plaquita 27 situada frente al resonador de cavidad 20 están situados el dieléctrico 18 que absorbe las microondas y el reflector de microondas 19. Tanto el dieléctrico 18 como también el reflector de microondas 19 tienen unas medidas en dirección perpendicular al eje longitudinal central 22 que son como mínimo tan grandes como el orificio 26 representado, de modo que recubran completamente no sólo el dieléctrico 18 como también el reflector de microondas 19 al realizar la proyección...

1. Dispositivo para la determinación de las propiedades eléctricas de una nuestra de un material excitable, en particular de una plaquita de silicio, comprendiendo:

2. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el resonador de microondas es un resonador de cavidad (20) con una cavidad (21).

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque el resonador de cavidad (20) presenta un orificio (26) delante del cual está situada la muestra.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque por el lado de la muestra alejado del orificio (26) está dispuesto un dieléctrico (18) que absorbe las microondas.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque por el lado de la muestra alejado del orificio (26) está dispuesto un reflector de microondas (19).

6. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la por lo menos una fuente de excitación (3) está controlada de modo pulsante.

7. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por estar previstas varias fuentes de excitación (3).

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque las fuentes de excitación (3) están controladas de forma secuencial.

9. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la muestra y el resonador de cavidad (20) se pueden desplazar relativamente la una respecto al otro en un plano perpendicular al eje longitudinal central (22).

10. Procedimiento para la determinación topográfica de las propiedades eléctricas de una muestra de un material excitable, en particular de una plaquita de silicio (27), comprendiendo los pasos siguientes: