PL218101B1 - Głowica pomiarowa - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest głowica pomiarowa przeznaczona do pomiarów charakterystyk spektralnych fotowoltaicznego efektu powierzchniowego, a w szczególności do określania długości drogi dyfuzji nośników ładunku w monokrystalicznych i multikrystalicznych płytkach krzemowych oraz w warstwach epitaksjalnych lub dyfuzyjnych oraz charakteryzacji struktur kwantowych z tego efektu.

Pomiary oparte na wykorzystaniu powierzchniowego efektu fotowoltaicznego są nieniszczące, nie wymagają specjalistycznych technik przygotowania kontaktów i znajdują szerokie zastosowanie do charakteryzacji materiałów półprzewodnikowych i struktur.

W znanych sposobach pomiarów próbka badanego materiału oświetlana jest modulowanym, przerywanym strumieniem promieniowania o energii większej niż energia przerwy zabronionej półprzewodnika. Pary elektron-dziura generowane tym promieniowaniem są separowane przez pole elektryczne zubożonego powierzchniowego obszaru wytwarzając powierzchniowe napięcie elektryczne. Sygnał napięciowy przekazywany jest pojemnościowo do woltomierza fotoczułego i do wzmacniacza. Natężenie strumienia promieniowania padającego na próbkę jest odpowiednio regulowane. Natężenie to powinno być takie aby zapewnić stałą wartość fotowoltaicznego napięcia powierzchniowego SPV dla promieniowania o zmieniającej się długości fali. Wartości zmierzonego natężenia promieniowania padające na próbkę dla kolejnych długości fal rejestrowane są przy zachowaniu warunku SPV = constans i wykreślone w skali odwrotności współczynnika absorpcji. Następnie wartości te aproksymowane do zerowego natężenia odcinają na osi odwrotności współczynnika absorpcji wartość długości drogi dyfuzji w mierzonej próbce.

Istotnym elementem układu pomiarowego realizującego taki sposób pomiaru jest głowica pomiarowa. Znana głowica pomiarowa posiada pojemnościowe elektrody pomiarowe, sprzęgające próbkę z układem pomiarowym i umożliwiające jednocześnie oświetlenie próbki promieniowaniem w zakresie pomiarowym od około 0,4 gm do 1,1 gm.

W znanym układzie pomiarowym przeznaczona do pomiaru próbka umieszczana jest w kasecie zrealizowanej w formie płaskiego pudełka o kształcie walca wykonanego z materiału izolacyjnego. Na dnie kasety znajduje się elektroda metalowa w formie krążka stanowiąca jedną z okładek kondensatora. Elektroda ta pokryta jest warstewką indu i na niej umieszcza się próbkę. Na próbkę nakłada się następnie dielektryczną nakrywkę, wykonaną np. z cienkiej miki (50 gm) a na nią elektrodę metaliczną stanowiącą drugą elektrodę kondensatora. Ta cienka warstwa metaliczna elektrody jest przezroczysta dla promieniowania w wymaganym zakresie i wytworzona jest na płytce szklanej jako lita warstwa lub w postaci siatki. Kaseta z tak ułożonym „stosem pomiarowym dociskana jest od góry pierścieniem pomocniczym i skręcona za pomocą śrub. Przewód pomiarowy odchodzący od górnej elektrody doklejony jest do metalicznej warstwy (warstwy indu) i odprowadzony na bok kasety, podobnie jak i przewód pomiarowy odchodzący od dolnej elektrody.

Wadą tej konstrukcji jest duża ilość elementów ruchomych głowicy utrudniająca właściwe umiejscowienie mierzonej próbki oraz niewielka powtarzalność pomiarów spowodowana niekontrolowanym dociskiem próbki do elektrod z narażeniem jej na uszkodzenie. Ponadto asymetryczne wyprowadzanie przewodów pomiarowych, wymusza skomplikowaną konstrukcję ekranowania i montażu głowicy.

Celem wynalazku jest opracowanie takiej konstrukcji głowicy, która zapewni stałą wartość docisku próbki do elektrod pomiarowych, łatwy i szybki montaż głowicy z przeznaczoną do pomiaru płytką oraz dobre ekranowanie i wygodny w eksploatacji sposób poprowadzenia przewodów pomiarowych.

W głowicy według wynalazku przeznaczoną do mierzenia próbkę/płytkę umieszcza się pomiędzy górną i dolną elektrodą pomiarową. Głowica ta jest dwuczęściowa , dolną część głowicy tworzy podstawa zaopatrzona w szpilki montażowe i w elektrodę dociśniętą pierścieniem metalowym i pierścieniami izolacyjnymi. Elektroda jest trójwarstwowa, pierwszą warstwą jest przezroczyste podłoże, drugą warstwą jest przezroczysta warstwa metaliczna a trzecią warstwą jest warstwa dielektryczna. Korzystnie jest jeżeli elektroda ma szklane podłoże, na którym jest warstwa metaliczna dwutlenku cyny domieszkowanego indem lub warstwa tlenku tytanu i jeżeli warstwą dielektryczną jest tlenek krzemu, azotek krzemu lub tlenek hafnu. Górną część głowicy tworzy nakładka z tuleją izolacyjną mocującą centralny docisk sprężynujący i pokrywka mocująca gniazdo pomiarowe.

Opracowana konstrukcja zapewnia pełne ekranowanie próbki i upraszcza jej wymianę przez zmniejszenie części ruchomych.

PL 218 101 B1

Głowica według wynalazku zostanie bliżej objaśniona na przykładzie wykonania pokazanym na rysunku. Fig. 1 rysunku pokazuje przekrój głowicy w płaszczyźnie poziomej, Fig. 2 - widok głowicy z góry, a Fig. 3 - przekrój głowicy w płaszczyźnie pionowej.

Głowica składa się z części dolnej oraz z części górnej. Część dolna ma podstawę 1 zaopatrzoną w szpilki 8, w elektrodę 10, dociśniętą pierścieniem metalowym 3 i pierścieniami izolacyjnymi 2 i 4. Elektroda 10 ma charakter zespolony a tworzy ją szklane podłoże na którym osadzona jest przezroczysta elektroda metalowa wykonana z dwutlenku cyny domieszkowanego indem (ale może być z tlenku tytanu) oraz warstwa dielektryczna w postaci tlenku krzemu, (azotku krzemu lub tlenku hafnu) a złocone kontakty sprężyste 11 poprzez pierścień 3 łączą ją z gniazdem pomiarowym 14. Pierścień metalowy 3 wyprowadza przezroczystą, dolną elektrodę 10 poprzez kontakty 11 na obudowę gniazda pomiarowego 14. Górna część głowicy złożona jest z nakładki 5, tulei izolacyjnej 6 mocującej centralny docisk sprężynujący 15 oraz z mocującej gniazdo pomiarowe 14 pokrywki 7 skręconej z nakładką 5 wkrętami 12. Część górną i dolną łączy się za pomocą szpilek 8 i nakrętek 9 po umieszczeniu przeznaczonej do pomiaru próbki na dolnej elektrodzie 10.

Górną elektrodę tworzy górna powierzchnia mierzonej próbki, na której znajduje się warstwa tworząca kontakt omowy i która jest połączona za pomocą sprężynującego złoconego centralnego docisku 15 i przewodu z wewnętrzną częścią gniazda pomiarowego 14.

Claims (4)

1. Głowica pomiarowa do pomiarów fotowoltaicznego efektu powierzchniowego, w której przeznaczoną do mierzenia próbkę umieszcza się pomiędzy górną i dolną elektrodą pomiarową, znamienna tym, że jest dwuczęściowa, a dolną część głowicy tworzy podstawa (1) zaopatrzona w szpilki (8) i w elektrodę (10) dociśniętą pierścieniem metalowym (3) i pierścieniami izolacyjnymi (2) i (4), przy czym elektroda (10) jest trójwarstwowa, a pierwszą warstwą jest przezroczyste podłoże, drugą warstwą jest przezroczysta warstwa metaliczna a trzecią warstwą jest warstwa dielektryczna, natomiast górną część głowicy tworzy nakładka (5) z tuleją izolacyjną (6) mocującą centralny docisk sprężynujący (15) i pokrywka (7) mocująca gniazdo pomiarowe (14).

2. Głowica według zastrz. 1, znamienna tym, że elektroda (10) ma szklane podłoże.

3. Głowica według zastrz. 1 lub 2, znamienna tym, że warstwa metaliczna elektrody (10) jest warstwą dwutlenku cyny domieszkowanego indem, lub warstwą tlenku tytanu.

4. Głowica według zastrz. 1 lub 2, znamienna tym, że warstwą dielektryczną elektrody (10) jest warstwa tlenku krzemu, azotku krzemu lub tlenku hafnu.