ICS 77.040 H 17 中华人民共和国国家标准 GB/T191992015 代替GB/T19199—2003 半绝缘砷化镓单晶中碳浓度的 红外吸收测试方法 Test methods for carbon acceptor concentration in semi-insulating gallium arsenide single crystals by infrared absorption spectroscopy 2015-12-10发布 2016-07-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 发布 中国国家标准化管理委员会 GB/T 19199—2015 前言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准与GB/T19199—2003相比，主要有以下变化： 增加了“规范性引用文件”“术语和定义”“干扰因素”和“测试环境”4章； 扩展了半绝缘砷化镓单晶电阻率范围，将电阻率大于10°2·cm修改为大于10·cm； 将范围由“非掺杂半绝缘砷化傢单晶”修改为“非掺杂和碳掺杂半绝缘砷化镓单晶”； 一去除了0.4mm2mm厚度测试样品的解理制样方法； 一室温差示法测量时，将“仪器分辨率为0.5cm-或1cm-1”，修改为"仪器分辨率1cm-1” 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会（SAC/TC203）与全国半导体设备和材料标准 化技术委员会材料分会（SAC/TC203/SC2）共同提出并归口。 本标准起草单位：信息产业专用材料质量监督检验中心、天津市环欧半导体材料技术有限公司、中 国电子材料行业协会。 本标准起草人：何秀坤、李静、张雪因 本标准所代替标准的历次版本发布情况为： GB/T19199—2003。 1 GB/T19199—2015 半绝缘砷化镓单晶中碳浓度的 红外吸收测试方法 1范围 本标准规定了半绝缘砷化单晶中碳浓度的红外吸收测试方法。 本标准适用于电阻率大于10°α·cm的非掺杂和碳掺杂半绝缘砷化镓单晶中碳浓度的测定。测量 4.0X1014atoms/cm²。 规范性引用文件 2 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件 GB/T14264半导体材料术语 3 术语和定义 GB/T14264界定的术语和定义适用于本文件。 4方法提要 碳为半绝缘砷化镓中主要浅受主杂质，其局域模振动谱带（室温谱带峰位为580cm-1，77K谱带峰 位为582cm-1)吸收系数与代位碳浓度具有对应关系，由测得的吸收系数根据经验公式即可计算出碳 浓度。 5干扰因素 5.1 杂散光到达检测器，将导致碳浓度测试结果出现偏差。 5.2 测试样品的测试面积应大于光阑孔径，否则可能导致错误的测试结果 5.3室温测试时，化镓中碳带半高宽可接受的数值应小于2cm。在光谱计算时，较大的半高宽将 导致测试误差，半高宽的确定方法见9.2.7。 6仪器设备 6.1 傅里叶变换红外光谱仪，仪器的最低分辨率应优于0.5cm-1。 6.277K低温样品测试装置。 6.3千分尺：精度为10μm。 1 GB/T19199—2015 7测试环境 除另有规定外，应在下列环境中进行测试： a）环境温度为24℃±2℃； b）相对湿度小于70%； c） 测试室应无机械冲击、振动和电磁干扰。 8测试样品 测试样品厚度为0.2000cm0.6000cm，双面研磨、抛光，使其两表面呈光学镜面。参比样品从水 平法生长的非掺杂砷化镓单晶中选取，要求碳浓度小于3.0X1014atoms/cm²。 9测试步骤 9.1方法选择 当测试样品碳浓度大于或等于1.0×1015atoms/cm时，可采用室温差示法测试，当测试样品碳浓 度小于1.0×1015atoms/cm时，采用77K低温空气参比法测试。 9.2室温差示法 9.2.1用千分尺测量参比样品/测试样品厚度，测量3个～5个点，取平均值，结果保留4位有效数字。 9.2.2设置仪器参数，使光谱仪分辨率为1cm-1。 9.2.3由于信噪比与测试时间成正比，为提高信噪比可以通过增加扫描次数。建议扫描次数为 300次。 9.2.4放人光阑孔径为13mm的样品架，将参比样品/测试样品放人样品架。 9.2.5在9.2.1～9.2.4的条件下，分别测得参比样品、测试样品在波长574cm-1~590cm-范围的吸 收光谱。 9.2.6按式（1)和式（2）分别计算差减因子和差示光谱： FCR =Ts/TR ..(1) 式中： FCR 差减因子； Ts 试样厚度，单位为厘米（cm）； TR 参比样品厚度，单位为厘米（cm）。 D=S-FCRXR .(2) 式中： 差示光谱； s 测试样品吸收光谱； R——参比样品吸收光谱。 1.2cm。半高宽的确定方法见图1。确定基线吸光度A。和峰位吸光度A，令A=（A。十A）2，过 A点作基线的平行线，与吸收带的两侧交于M、N，过M、N作横轴的垂线，与横坐标相交于vi、V2.， △v=V—V2（cm-1）即为半高宽。 2 GB/T19199—2015 0. 10 0.35 0. 25 [4。 0. 20 580v579 582 581 V. 578 577 波数v/cim-1 图1典型半绝缘砷化测试样品的差示光谱 9.2.8重复测试3次，计算吸收系数的平均值。 9.377K低温空气参比法 9.3.1 设置仪器参数，使光谱仪分辨率为0.5cm-1 9.3.2 把测试样品放人77K低温样品测试装置的样品室中，降温至77K后，稳定10min。 9.3.3采用多次扫描，建议扫描次数为300次。 9.3.4在9.3.1~9.3.3的条件下，测得测试样品574cm-1~590cm-1范围的吸收光谱。 9.3.5 重复测试3次，计算吸收系数的平均值。 10 测试结果的计算 10.1 吸收系数 吸收系数α由式(3)计算： lnl0 X[(A -A.)] .(3) Ts 式中： 吸收系数，单位为每厘米（cm-1)； α A 吸收峰顶点处所对应的吸光度值； A. 吸收峰基线处对应的吸光度值； 试样厚度，单位为厘米（cm）。 10.2 碳浓度 碳浓度Nc由式(4)计算： Nc=-FXα :(4) 式中： -碳浓度，单位为原子数每立方厘米（atoms/cm）； F 标定因子，单位为每平方厘米（cm-2）。室温，取温度为300K时的标定因子，F=2.34× 1016cm-2；温度为77K时，F=0.803×1016cm-2。