Поверхневий витік. Питомий опір приповерхневої області напівпровідника, як правило, відрізняється від питомого опору об'єму. Це пов'язано з існуванням в поверхні області просторового заряду [4,27], де концентрації електронів і дірок можуть бути як менше, так і більше, ніж в об'ємі, а їхня рухливість менше. Товщина цієї області порядку довжини екранування, і звичайно складає малу частку від лінійних розмірів поперечного перетину масивних зразків, використовуваних для визначення питомого опору. Тому, якщо концентрація носіїв заряду в ній не дуже велика в порівнянні з концентрацією носіїв заряду в об'ємі або менше її, то зміною опору зразка через зміну питомого опору в приповерхневій області можна нехтувати.

Якщо концентрація носіїв заряду в приповерхневій області набагато більше, чим концентрація в об'ємі (виникнення такої ситуації найбільш вірогідне у високоомних напівпровідниках, коли концентрація носіїв заряду в об'ємі мала), то через тонку, але добре провідну приповерхневу область може проходити значна частина протікаючого через зразок струму - має місце поверхневий витік струму. Ще однією причиною виникнення поверхневого витоку струму може бути, наприклад, адсорбція на поверхню зразка вологи з атмосфери.

Струм поверхневого витоку зменшує опір зразка і приводить до заниження питомого опору, що виміряється, і при вимірюваннях його необхідно усувати. Оскільки співвідношення між струмом через об'єм і поверхневим витоком залежить від геометрії зразка, то, зменшуючи його довжину і збільшуючи розміри поперечного перетину, в принципі завжди можна реалізувати умови, коли витік буде малим. Проте такий шлях прийнятний, лише тоді, коли є можливість виготовляти достатньо великі зразки.

Інша можливість виключення поверхневого витоку - застосування зразка з охоронним кільцем (мал. 3.3). На один з торців зразка нанесений контакт К, оточений охоронним кільцем О, відстань від країв якого до контакту К набагато менше довжини зразка. Контакт на протилежному боці зразка - суцільний. Опір приладу Г, що виміряє струм через центральний контакт К, малий, відповідно малий в порівнянні з прикладеною до зразка напругою U падіння напруги на цьому приладі. Тому можна вважати що контакт К і охоронне кільце еквіпотенціальні. В умовах, що розглядаються, струм поверхневого витоку проходить тільки через охоронне кільце, тому приладом Г він не вимірюється. Цей прилад виміряє струм, що проходить через центральний контакт К, а потім об'єм зразка. Його величина визначається за формулою (SК - площа контакту К), яка дозволяє знайти питомий опір об'єму зразка.

3.2. Двухзондовий метод вимірювання питомого опору

Реалізація розглянутих в попередньому параграфі методів вимірювання питомого опору вимагає створення на зразку омічних контактів, а у разі контактів з підвищеним опором ці методи дають завищені значення питомого опору. Такого недоліку позбавлені зондові методи.

Схема двухзондового методу вимірювання зображена на мал. 3.4. На торці зразка нанесені контакти К1 і К2, а на його поверхні на відстані один від одного встановлено два точкові зонди З1 і 32. Між ними включений нульовий прилад Г і потенціометр П. В якості зондів можуть бути використані, наприклад, загострені дротики (інші можливі конструкції зондів, див. п. 3.6).

Значення питомого опору визначається таким чином. Через зразок від джерела ИТ пропускають струм І, який виміряє прилад А. Потім, змінюючи напругу на потенціометрі П, добиваються відсутності струму через прилад Г. В цьому випадку напруга на потенціометрі П рівна падінню напруги, створюваної струмом І на ділянці зразка між зондами, т. е.

, (3.8)

де R - опір ділянки зразка між зондами; S - площа поперечного перетину зразка. З (3.8) обчислюється питомий опір .

Існує думка, що при такому способі вимірювання повністю виключається вплив на результати вимірювань опорів контактів. Проаналізуємо це питання і встановимо, якою мірою таке твердження справедливе. Уявимо зразок еквівалентною схемою, обведеною на мал. 3.5 пунктиром. В цій схемі RК1 і RК2 - опори контактів К1 і К2; Rз1, і Rз2 - опори зондів 31 і 32; К1 - опір ділянки зразка між контактом K1 і зондом З1, R2 - тe ж між зондом 32 і контактом К2; R - опір ділянки зразка між зондами. Опори RК1, RК2, Rз1 і Rз2 можуть бути обумовлені, наприклад, виникненням на межі металу і напівпровідника запірного шару або шару оксиду. Зонди з малою площею зіткнення металу і напівпровідника володіють значним опором навіть за відсутності в контакті шару підвищеного опору (див. п. 3.6).

Розглянемо контур: потенціометр П - опори Rз1, R, Rз2 - нульовий прилад Г. За правилами Кирхгофа

(3.9)

де RГ - внутрішній опір нульового приладу Г; іГ - проходячий через нього струм. Згідно (3.9), якщо через даний контур проходить струм іГ який фіксує прилад Г, то напруга на потенціометрі UП і створюване струмом І падіння напруги на ділянці зразка між зондами ІR відрізняються на падіння напруги, створюване струмом іГ на сумі опорів Rз1, Rз2, R та RГ. При іГ = 0, незалежно