Détermination de la résistance d'une couche sur substrat non isolant

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Submitted on 1 Jan 1990

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Détermination de la résistance d’une couche sur substrat

non isolant

H. Luquet, L. Gouskov, M. Perotin, M. H. Archidi, F. Pascal, G. Bougnot

To cite this version:

475

REVUE

DE

_PHYSIQUE

_APPLIQUÉE

Détermination

de la

résistance

d’une couche

sur

substrat

non

isolant

H.

_Luquet,

L.

_Gouskov,

M.

_Pérotin,

M. H.

Archidi,

F. Pascal et G.

Bougnot

Centre

d’Electronique

de

_Montpellier,

associé au CNRS, U.A. 391, Université des sciences et

_Techniques

du

Languedoc,

Place

_{Eugène Bataillon,}

34095

Montpellier

Cedex 5, France

(Reçu

le 15 décembre 1989, révisé le 13

_février

1990,

accepté

le 9 mars

₁₉₉₀₎

Résumé. 2014 Dans le but de caractériser des couches d’antimoniures

épitaxiées

ou

_implantées

mal isolées d’un

substrat

conducteur,

nous avons été amenés à utiliser une méthode

simple

de détermination de la résistance de couche. Cette méthode est décrite ainsi que sa limite de validité

en supposant

une conduction

_ohmique

ou

régie

par la

génération-recombinaison

entre la couche et le substrat.

Abstract. 2014 In order to characterize

epitaxial

or

_implanted

antimonide

layers

on

_conducting

_substrates, we

propose a

_simple

method for the determination of the

layer

resistance and we discuss the limits of its

_validity

in

the

_following

conditions of conduction between the

_layer

and the substrate : ohmic _type,

generation-recombinaison type.

Revue

_{Phys. Appl.}

25

₍₁₉₉₀₎

475-479 JUIN 1990,

Classification

Physics

Abstracts

73.40L - 73.60F - 73.90

1. Introduction.

La caractérisation

_électrique

d’une couche

_épitaxiée

est aisément réalisable

_lorsque

le substrat est isolant

ou de

_type

opposé

à celui de la

couche ;

dans ce

dernier cas, l’isolement

électrique

dû à la zone

déplétée dépend

de la

_qualité

et de

_{l’homogénéité}

de la

_jonction

réalisée.

_Lorsque

l’isolement est

_bon,

la

méthode de mesure de résistivité de couche la

_plus

communément utilisée est alors la méthode des

quatre

pointes [1].

La connaissance de la résistance de couche est

_importante

_{pour de nombreuses}

applications,

par

exemple

elle conditionne la valeur

de la résistance série des cellules solaires

_[2],

une

valeur

_trop

élevée

_pouvant

réduire leur rendement. Dans le cadre d’une étude de l’élaboration et de la

caractérisation de couches d’antimoniures

_(GaSb,

GaAlSb,

GaInSb)

épitaxiées

sur

_GaSb,

nous avons

été amenés à déterminer la résistance de couches

déposées

sur substrat de

_type

opposé,

la

jonction

n’assurant pas un isolement

_électrique

satisfaisant.

Nous

_présentons

le

_principe

de la méthode utilisée

ainsi que les résultats de son

_application

à divers

échantillons.

2.

_Dispositif

utilisé.

Le

_dispositif

mesa réalisé par

photolithographie

est

représenté

sur la

_figure

1. Dans le cas d’une couche p

déposé

sur substrat _n, le contact arrière est réalisé

par

évaporation

de

l’eutectique

Au-Ge suivie d’un recuit sous

_H2

_{(T =}

250

° C, t

=

15 mn)

le _contact.

avant étant constitué _par de _{l’or pur} non recuit.

Fig.

1. -

Dispositif

mesa utilisé pour la détermination de

la résistance de couche

_RI.

[Mesa

device used for the determination of the

layer

resistance

_R1.]

Les

_prises

de contact 1 et 2 sur la couche se font à

l’aide de fils d’aluminium soudés aux

_ultrasons,

le contact arrière 3 est obtenu par

collage

à la

laque

d’argent.

476

3. Méthode.

Considérons la

_{figure 2a ;}

la variation du

_{potentiel le}

long

de la couche s’écrit :

RI :

résistance carrée de

couche ;

i : courant dans

l’échantillon ;

Fig.

2. _{- a)} Conduction dans une couche

déposée

sur

substrat.

_b)

Schéma du _montage de mesure.

[a)

Conduction in a

_{layer deposited}

on a substrate.

b)

Measurement set

_up.]

Les fuites de courant transversales

peuvent

s’écrire : l

J( V ) :

densité de courant transversal.

3.1 POUR DES FUITES DE COURANT

_{OHMIQUES. 2013}

J( V )

s’écrit sous la forme

_{J( V )}

=

V/R2,

R2 :

résis-tance

_spécifique

de fuite

₍₀

_cm2)

Les relations

₍₁₎

et

₍₂₎

conduisent à

_{l’équation}

différentielle suivante :

La solution de cette

_équation

_pour

_{V (0)}

=

Vo

et

V(xn)

=

V n

est

On en déduit les courants aux extrémités

Les

_{équations (5)}

et

₍₆₎

_permettent

de déterminer

RI

et

_{R2 :}

et

-Dans ce cas la meilleure

_précision

sur

_{io et in}

sera

obtenue _par des valeurs de

_{Yo et Vn}

très différentes

dans la mesure où _pour cet écart la conduction

couche-substrat reste

_ohmique.

Pour la

_géométrie

de notre échantillon w _{= xn} =

200 jjbm. Le schéma du

dispositif

de mesure de

i o, i n,

Vo, V n

est donné sur la

_figure

2b.

3.2 POUR DES FUITES DE COURANT

CORRESPON-DANT AU COURANT DE G-R D’UNE JONCTION.

VD :

tension de diffusion de la

_jonction.

Si en

_{chaque point Vo - vx}

_{V D}

+

_vo

on

_peut

Cette

_{approximation}

_permet

donc d’écrire

_{J( V)}

sous la forme linéaire suivante :

en

_posant

l’équation

différentielle

₍₃₎

devient

dont la solution s’écrit

Les valeurs

_RI

et

_R2

se déduisent des valeurs de

io, in, Vo,

vn

par les relations suivantes :

Les

_figures

3a et b

_présentent

à titre

_d’exemple

la

variation de la tension V entre des valeurs données

Vo et vn

aux extrémités de l’échantillon _pour

différentes valeurs du

_paramètre

a. Ces courbes

permettent

d’estimer la limite de validité de

l’approximation

linéaire c’est-à-dire la condition

Pour

_Vo

=

1,1 V,

Vn

= 1

V,

VD

=

0,5

V _en

choisis-sant

V x :s;: 10

_pour

que

:

l’approximation

VD + VO

10

p q pp

linéaire

_permettant

de déduire la résistance de

couche RI

de la relation

₍₁₃₎

soit

_valable,

on

détermine la valeur limite a = 500

cm- 2

soit

RI / (R2/x,,2)

=

1/5.

Pour

Vo

= 10

V,

Vn

=

9,5 V

on

détermine la même valeur limite. Cette limite

corres-pond

à un facteur

cinq

entre la conductance de la couche et celle du

_dipole

couche-substrat.

4. Résultats.

COUCHES POUR _LESQUELLES LE SHUNT EST OHMI-QUE. - Ce sont

des couches de GaSb p

épitaxiées

Fig.

3. -

Distribution du

_potentiel

le

_long

de la couche

pour différentes valeurs de

_{Vo, Vn,}

et de

paramètre a

pour

VD

= 0,5 V

(relation (12)).

[Potential

distribution

_along

the

_layer

for various

_Vo,

Vn

and a _values, for

_VD

= 0.5 V

(relation (12). 1)

a = 125

cm-2 ;

Ri

x2n/R’2

=

1/20.

2)

a = 250

cm-2 ;

RI

x,,2/R2’

=

1/10. 3) a

= 500

cm-2;

RI

x2n/R’2

=

1/5. 4)

a = 1 250

cm- 2 ;

Ri

x2n/R’2

=

1/2. 5) a

= 2 500

Cnl- 2

RI

xf/R]

= 1.

_{6) a}

=

5 000 cm- 2 ;

RI

x2n/R’2

= 2.

a) Vo

=

1.1V, Vn=

1 V.

_{b) Vo=}

_{10 V,}

_{Vn = 9.5 V.]}

par MOCVD sur substrat GaSb n. Nous

présentons

les résultats relatifs à deux couches « a » et « b ». Les

qualités

d’isolement de ces deux couches sont

illus-trées _par les

_{caractéristiques}

_{113 = f( VI3)}

de la

figure

4,

on note le caractère

_{quasi-ohmique}

de cet isolement. Les

_{caractéristiques 112 = f ( V 12)}

sont

représentées

sur la même

_figure.

Le tableau 1

pré-sente les résultats obtenus. Pour la couche « a » on

observe que

lorsque Vo - Yn

est faible

_{(20 mV)}

la

détermination

_{de RI}

est très

_imprécise,

_lorsque

cet

écart

_augmente,

les valeurs

_{de RI}

ne

_dépendent

_pas

478

Fig.

4. -

Caractéristiques 112

=

f ( v 12)

_et

113

=

f(V13)

(inverse)

pour 2 échantillons o a » et « b » constitués par

des couches de GaSb p

épitaxiées

par MOCVD sur

GaSb n. Cas d’un shunt

_ohmique.

[Reverse /12 = f(V12)

and

_{/13 = f(V13)}

for 2

_samples

« a » and « b » :

_epitaxial

p GaSb

layers (MOCVD)

on n

GaSb substrate. Ohmic shunt

_case.]

Tableau I. - Valeurs des résistances de couche

(Rl )

et de

_fuite

_(R2/xn

_{w )}

_pour

_plusieurs

valeurs de

Vo et Vo - Vn)

déterminées sur deux échantillons

«a» et ub»,

[Layer

resistance

_{(R1 ),}

shunt resistance

_{(R2/Xn w)}

for various values of

_Vo

and

_{( V o - V n )}

determined

on two

_samples

« a » and

« b ».]

d’isolement conduit à sous-estimer la valeur de la

résistance de couche si on la déduit de la caractéristi-que

112 = f(VI2)’ en

effet pour la couche o a »

(VI2/112)

= 1 2100 alors _que

R1

= 1400 O.

Pour la couche bien isolée de l’échantillon « b », la mesure de la

_{caractéristique 112}

=

f(V12)

_permet

la

détermination de la résistance de couche :

(V 12//12)

= 645

0,

cette valeur est

équivalente

à

celle déduite de la méthode décrite :

_RI

= 668 O.

COUCHE POUR LESQUELLES LE SHUNT N’EST PAS

OHMIQUE. - Trois échantillons illustrent ce compor-tement : i les échantillons A45-2 et A42-1 constitués

par des couches

p+

implantées

Be + dans des couches

Fig.

5.

_{- Caractéristiques 112}

=

j’

(

V 12)

_et

113

=

j’(

V 13)

(inverse)

pour deux échantillons A45-2 et A42-1 constitués par des couches de

Ga0,96Al0,04Sb

p+ implantées

Be+ dans des couches LPE de

_{Ga0,96Al0,04Sb}

n, et de l’échantillon

PI 17 constitué par une couche de

_{Gao,66lno,34Sb}

p

épitaxiée

par MOCVD sur substrat GaSb n.

[Reverse 112 = f(V12)

and

_{113 = f ( V 13)}

characteristics for 2

_samples

A45-2 and A42-1 :

p+ Ga0,96Al0.04Sb

obtained

by

Be

_implantation

in LPE n GaAlSb

_layers

and one

_sample

épitaxiées

LPE de

_{Gao,96Alo,o4Sb}

n, et l’échantillon

PI 17 constitué par une couche p de

Gao,66In0,34sb

épitaxiée

par MOCVD sur substrat GaSb n. La

figure

5 montre les

_{caractéristiques 112}

=

f ( V 12 )

et

I13 -

¡(Vl3)

de ces trois échantillons. Comme dans

le cas

_précédent,

les valeurs de

RI

sont aléatoires

lorsque Vo - Vn

est faible. Au-delà d’un seuil de l’ordre de la dizaine de

_mV,

la variation de

RI

en fonction de

_{(po -}

_Vn)/VO

est

_{représentée}

sur

la

_figure

6. Pour les trois échantillons étudiés on

Fig.

6. - Variation de la résistance de

couche RI

déduite de la relation

₍₁₀₎

en fonction de

_{( V o -}

V n ) / V o.

[Variation

of the

layer

resistance

_Rl

versus

(Vo -

V,,)/Vo-1

note

_{que RI}

est constant tant que

( Vo -

V n) / V 0

reste inférieur à

10- 1 .

Cette constatation

expérimen-tale

confirme,

comme cela a été établi en

_3b,

_que

pour déduire

RI

par cette

_méthode,

_{il faut que la} variation de

_{potentiel le long}

de la couche soit assez

faible pour que l’on

puisse

considérer les fuites

uniformes. La

_figure

7

_présente

les variations de la résistance de fuite

_{(R2/Xn w) en}

fonction de la

polarisation Vo

des échantillons mettant en évidence

le caractère non

ohmique

du contact

couche-subs-trat.

Fig.

7. - Variation de la résistance de fuite

_{R2/XIl w}

déduite de la relation

(10)

en fonction de

Vo.

[Variation

of the shunt resistance

_{R21x w}

as a function of

Vo.]

5. Conclusion.

Nous avons décrit et discuté une méthode

simple

de mesure d’une résistance de couches

_déposée

sur un

substrat non isolant.

_{L’application}

de cette méthode

à la mesure de résistances de couches

_épitaxiées

ou

diffusées a

_permis

de vérifier les limites de validité

de la méthode utilisée.

Remerciements.

Nous remercions Y.

_Marfaing

pour avoir

suggéré

ce

modèle

_analytique

et nous remercions

_également

J. C. Manifacier pour ses _remarques et conseils.

Bibliographie