Спосіб вимірювання об’ємного часу життя та швидкості поверхневої рекомбінації носіїв заряду у напівпровідниках

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Спосіб вимірювання об'ємного часу життя і швидкості поверхневої рекомбінації носіїв заряду у напівпровідниках, який заснований на розміщенні досліджуваного напівпровідникового зразка в НВЧ резонаторному вимірювальному перетворювачі, освітленні його гармонійно модульованим монохроматичним світлом, виділенні на виході вимірювального перетворювача сигналів фотопровідності, який відрізняється тим, що здійснюють вимірювання спектрального розподілення фазового зсуву між сигналом фотопровідності, який виділяють в інтервалі довжин хвиль монохроматичного світла від дуже слабкого його поглинання напівпровідником до краю його поглинання, і сигналом модуляції світла, а об'ємний час життя і швидкість поверхневої рекомбінації носіїв заряду визначають за допомогою порівняння експериментальної та заздалегідь розрахованої теоретичної спектральної залежності фазового зсуву сигналу фотопровідності.

Текст

Спосіб вимірювання об'ємного часу життя і швидкості поверхневої рекомбінації носив заряду у напівпровідниках, який заснований на розміщенні досліджуваного напівпровідникового зразка в НВЧ резонаторному вимірювальному перетворювачі, освітленні його гармонійно модульованим моно Винахід відноситься до напівпровідникової техніки і техніки вимірювань на НВЧ і може бути використаний для контролю напівпровідникових злитків, пластин і епітаксіальних плівок, які призначаються для виготовлення напівпровідникових приладів Відомо про спосіб вимірювання часу життя неосновних носив заряду в напівпровідникових підкладках (Пат США №5049816, МПК G01R31/26) Спосіб засновано на розміщенні напівпровідникової підкладки усередині сенсора з джерелом спрямованого на підкладку НВЧ випромінювання, збудження в підкладці фотопровідності внаслідок м освітлення світлом від імпульсного джерела, визначенні часу життя за допомогою комп'ютерного опрацювання по спаду зареєстрованого з виходу сенсора імпульсного сигналу фотопровідності Вимірювання, які зроблені за допомогою цього способу не дають можливості встановити, яка частина виміряного ефективного часу життя визначається процесами на поверхні зразка, а яка процесами в його об'ємі Тобто неможливе роздільне вимірювання об'ємного часу життя (х) і швидкості поверхневої рекомбінації (S) Крім цього, при низьких рівнях фотопровідності опрацювання зареєстрованого широкосмугового хроматичним світлом, виділенні на виході вимірювального перетворювача сигналів фотопровідності, який відрізняється тим, що здійснюють вимірювання спектрального розподілення фазового зсуву між сигналом фотопровідності, який виділяють в інтервалі довжин хвиль монохроматичного світла від дуже слабкого його поглинання напівпровідником до краю його поглинання, і сигналом модуляції світла, а об'ємний час життя і швидкість поверхневої рекомбінації носив заряду визначають за допомогою порівняння експериментальної та заздалегідь розрахованої теоретичної спектральної залежності фазового зсуву сигналу фотопровідності імпульсного сигналу затруднене навіть при використанні комп'ютерних методів, тому що неможливо застосування вузькосмугового підсилення сигналу, яке дозволяє відокремлювати корисний сигнал від супровідних шумів Підвищення рівня освітленості при цьому може істотно спотворити результати вимірювання часу життя Також відомо про спосіб, який описано у роботі "Измерение скорости поверхностной рекомбинации и времени жизни носителей заряда в полупроводниках бесконтактным СВЧ резонаторным методом" Ахманаев В Б , Лисюк Ю В , Медведев Ю В , Петров А С Известия ВУЗов, серия "Физика", 1983, т26, №6, С 79-84 Спосіб полягає в розміщенні досліджуваного напівпровідникового зразка в НВЧ резонаторному вимірювальному перетворювачі (РВП), освітленні його по черзі світлом, яке сильно і слабко поглинається у матеріалі напівпровідника, виділенні з виходу РВП сигналів фотопровідності при сильному і слабкому поглинанні світла і визначенні ВІДПОВІДНО ШВИД КОСТІ поверхневої рекомбінації й об'ємного часу життя носив заряду за спадом імпульсів цих сигналів при імпульсному законі модуляції інтенсивності світла При використанні такого способу вимірювання швидкості поверхневої рекомбінації й об'ємного часу життя носив заряду у напівпровідниках вини 1 ю 57427 кає необхідність використання імпульсного джерела світла, незручного для дослідження при низьких рівнях сигналів Крім цього з'являється неконтрольована похибка вимірів, що пов'язана із впливом на їх результати процесів дифузії носив заряду з об'єму зразка до його поверхні і навпаки Генеровані світлом у глибині об'єму зразка носи дифундують до поверхні і, якщо пройдена ними відстань менше дифузійної довжини, рекомбінують на ній, внаслідок чого результати виміру х істотно спотворюються Так само носи від поверхні дифундують всередину і рекомбінують там, спотворюючи результати визначення S Це обумовлює придатність способу тільки для товстих зразків, товщина яких перевищує значення дифузійної довжини носив у матеріалі зразка (фактично для злитків) У більш тонких зразках (пластинах, підкладках) усі генеровані світлом, що слабо поглинається, носи заряду встигають за час життя продифундувати до поверхні і рекомбінувати на ній, внаслідок чого вимірювання їх об'ємного часу життя взагалі стає неможливим Найбільш близьким до способу, що заявляється, за сукупністю ознак є спосіб вимірювання об'ємного часу життя та швидкості поверхневої рекомбінації носив заряду у напівпровідниках (Пат України №38308А, МПК7 H01L21/66, G01 N27/00, Бюл №4, 2001) Спосіб полягає у розміщенні досліджуваного напівпровідникового зразка в НВЧ резонаторному вимірювальному перетворювачі, освітленні його по черзі світлом яке сильно і слабко поглинається у матеріалі напівпровідника, виділенні на виході резонаторного вимірювального перетворювача сигналів фотопровідності при сильному і слабкому поглинанні світла, здійсненні гармонічної модуляції інтенсивності світла, при цьому частота модуляції повинна бути вища у випадку світла, яке поглинається слабко, вимірюють фазовий зсув між виділеними в обох випадках сигналами і сигналом модуляції світла, а швидкість поверхневої рекомбінації і об'ємний час життя носив заряду визначають за допомогою заздалегідь розрахованих градуювальних характеристик При ВІДНОСНІЙ простоті такого способу вимірювання швидкості поверхневої рекомбінації і об'ємного часу життя носив заряду в напівпровідниках його результати не завжди можуть бути однозначно визначені в широкому інтервалі значень об'ємного часу життя (т=10 8 -10 3 ), швидкості поверхневої рекомбінації (S=0,1-100M/C) Крім того при високих частотах модуляції світла чутливість реєстрації сигналу фотопровідності не завжди є достатньою і не дозволяє забезпечити потрібну точність вимірювання об'ємного часу життя та швидкості поверхневої рекомбінації носив заряду В основу винаходу покладено задачу створення такого способу вимірювання швидкості поверхневої рекомбінації і об'ємного часу життя носив заряду у напівпровідниках, який дозволив би підвищити точність вимірювань та забезпечити однозначність трактування їх результатів для зразків будь-якої товщини за рахунок введення нових дій вимірювання Такий технічний результат може бути досягнутий, якщо в способі вимірювання об'ємного часу життя та швидкості поверхневої рекомбінації носив заряду у напівпровідниках, який заснований на розміщенні досліджуваного напівпровідникового зразка в НВЧ резонаторному вимірювальному перетворювачі, освітленні його гармонійно модульованим монохроматичним світлом, виділенні на виході вимірювального перетворювача сигналу фотопровідності, ВІДПОВІДНО до винаходу, здійснюють вимірювання спектрального розподілення фазового зсуву між сигналом фотопровідності, який виділяють в інтервалі довжин хвиль монохроматичного світла від дуже слабкого його поглинання напівпровідником до краю поглинання, і сигналом модуляції світла, а швидкість поверхневої рекомбінації і об'ємний час життя носив заряду визначають за допомогою порівняння експериментальної та заздалегідь розрахованої теоретичної спектральної залежності фазового зсуву сигналу фотопровідності Таким чином, проведення гармонічної модуляції інтенсивності світла, вимірювання спектрального розподілення фазового зсуву між сигналом фотопровідності і сигналом модуляції світла, яке проводиться в інтервалі довжин хвиль монохроматичного світла від дуже слабкого його поглинання напівпровідником до його краю, визначення швидкості поверхневої рекомбінації й об'ємного часу життя носив заряду за допомогою порівняння експериментальної та заздалегідь розрахованої теоретичної спектральної залежності фазового зсуву сигналу фотопровідності дозволяє підвищити точність вимірювань і забезпечити однозначність трактування результатів для напівпровідникових зразків будь-якої товщини На фіг 1 приведено функціональну схему установки для реалізації способу, на фіг 2 приведено приклади результатів чисельного розрахунку спектральної залежності фазового зсуву між сигналом фотопровідності на виході РВП і сигналом модуляції інтенсивності світла, що викликає цю фотопровідність Установка для реалізації способу містить НВЧ генератор 1, до виходу якого через розв'язуючий феритовий вентиль 2 приєднано резонаторний вимірювальний перетворювач З (РВП) із досліджуваним зразком напівпровідника Монохроматичне світло з монохроматора 4 модулюється за допомогою модулятора 5 Опорний сигнал знімається з модулятора і через фазообертач 6 приєднується до фазометру 7 До виходу РВП приєднано НВЧ детектор 8 і селективний підсилювач 9, що настроюється на частоту модуляції світла До виходу селективного підсилювача іншим входом приєднується фазометр 7 Вимірювання за допомогою запропонованого способу проводилися таким чином Досліджуваний зразок розміщався у вимірювальному перетворювачі 3, який через розв'язуючий феритовий вентиль 2 був заживлений від НВЧ генератора 1 За допомогою монохроматора 4 і модулятора 5 зразок освітлювався світлом в інтервалі довжин хвиль від дуже слабкого поглинання світла зразком до його краю Освітлення зразка світлом від монохроматора обумовлювало фотопровідність зразка, в результаті чого на виході РВП з'являвся гармонійний сигнал на частоті модуляції Цей сигнал було продетектовано НВЧ детектором 8, 57427 підсилено селективним підсилювачем 9 Дал сигнал надходив до фазометру 6 Опорний сигнал до фазометру подавався від модулятора 5 через калібрувальний фазообертач 6 Потім експериментальна спектральна залежність фазового зсуву порівнювалась з заздалегідь розрахованими теоретичними Приклади таких розрахованих залежностей приведені на фіг 2 Таким чином згідно з результатами порівняння визначалися значення х і S Калібрування установки на нульовий фазовий зсув проводилося за допомогою фазообертача 6 другий - перемінну складову на частоті модуляції світлового потоку Повна КІЛЬКІСТЬ надлишкових носив у зразку d AP = jAp(x)-dx, (3) о Кут фазового зсуву був розрахований через тангенс кута, що визначався, як відношення уявної і дійсної складових отриманого рішення Розрахунки спектральної залежності фазового зсуву проводилися в широкому діапазоні значень х, S, частоти модуляції (f) і в інтервалі довжин хвиль від слабкого поглинання світла напівпровідниковим зразком до його краю На фіг 2 приведено результати розрахунків для зразка кремнієвої пластини товщиною ЗООмкм, питомим опором 20Ом-см і в інтервалі довжини хвиль збуджуючого випромінювання Я,=0,621,128мкм при таких значеннях х, S та f x=10 7 c, х=10 6 с, х=10 5 с, х=10 4 с, S=0-120м/с, і=20кГц Для інших значень х, S і f графіки мають аналогічний вигляд Аналіз приведених на фіг 2 залежностей показує, що спектральна залежність фазового зсуву світла залежить від об'ємного часу життя і швидкості поверхневої рекомбінації носив заряду в напівпровіднику Причому ця залежність носить нелінійний характер і положення кривої спектральної залежності фазового зсуву однозначно визначається значеннями об'ємного часу життя і швидкості поверхневої рекомбінації За допомогою приведеної на фіг 1 установки були здійснені вимірювання в зразках кремнієвої та арсенідгалієвої підкладок Результати вимірювань приведено в таблиці в порівнянні з паспортними даними зразків і підтверджують працездатність запропонованого способу Можливість реалізації запропонованого способу обґрунтовується таким чином За допомогою ПЕОМ були проведені чисельні розрахунки спектрального розподілення фазового зсуву між фотопровідністю напівпровідника і сигналом гармонічно модульованого по інтенсивності світла, яке обумовило цю фотопровідність При цих чисельних дослідженнях було використано одномірне рівняння безперервності для випадку гармонічного фотозбудження нерівноважних носив (дірок) у напівпровіднику, що описує просторовий розподіл фотоносмвта їх поводження за часом адр = о а ^ р _др + д о ( я ) dt ас ri _exp(jQt)] exp( _kW х)і (1) і де Др - концентрація надлишкових дірок, D - коефіцієнт дифузії, Q - кутова частота гармонічної модуляції інтенсивності світла, до - коефіцієнт, що залежить ВІД типу напівпровідника, k - коефіцієнт поглинання випромінювання в напівпровідниковому матеріалі Рішення відшукувалося у вигляді Др = Др 0 + Др 1 -exp(jQt), (2) де перший доданок визначає розмір постійної складової і не впливає на розмір фазового кута, а Таблиця Час життя, мкс Зразок Кремнієва підкладка р=101Ом-м d=250MKM GaAs-Підкладка р=103Ом-м d=300MKM Швидкість поверхневої рекомбінації, см/с Паспортне Обмірюване значення значення Паспортне значення Обмірюване значення 10,1 10,3 590 584 1,8 2 1351 1362 57427 Фіг.1 Фіг.2 Комп'ютерна верстка Л Ціхановська Підписано до друку 05 07 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for determining carrier volume lifetime and surface recombination rate in semiconductors

Автори англійською

Hordiienko Yuriy Omelianovych, Borodin Borys Hryhorovych

Назва патенту російською

Способ определения объемного времени жизни и скорости поверхностной рекомбинации носителей заряда в полупроводниках

Автори російською

Гордиенко Юрий Емельянович, Бородин Борис Григорьевич

МПК / Мітки

МПК: H01L 21/66, G01R 31/26

Мітки: життя, поверхневої, об`ємного, часу, рекомбінації, вимірювання, спосіб, носіїв, напівпровідниках, заряду, швидкості

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/4-57427-sposib-vimiryuvannya-obehmnogo-chasu-zhittya-ta-shvidkosti-poverkhnevo-rekombinaci-nosiv-zaryadu-u-napivprovidnikakh.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб вимірювання об’ємного часу життя та швидкості поверхневої рекомбінації носіїв заряду у напівпровідниках</a>

Подібні патенти