CS238743B1

CS238743B1 - Measuring contactless method of charge carriers recombination in semiconductor plates

Info

Publication number: CS238743B1
Application number: CS831188A
Authority: CS
Inventors: Jan Hlavka
Original assignee: Jan Hlavka
Priority date: 1983-02-22
Filing date: 1983-02-22
Publication date: 1985-12-16
Also published as: CS118883A1

Abstract

Způsob měření objemová a povrchové rekombinace nositelů náboje v polovodičových deskách, při kterém není nutné vytvořit k měřeným deskám elektrická kontakty. Uvedeného účelu se dosáhne měřením velikosti magnetického pole fotomágnetoelektrického cirkulačního proudu vytvořeného ve sledované polovodičové desce. Vzhledm k tomu, že měření je snadné, rychlé, nezpůsobuje kontaminaci polovodičových desek, měřicí zařízení je jednoduché a levné, může být uvedená metoda využita v polovodičovém průmyslu a ve výzkumných a vývojových laboratořích.Method of volume and surface measurement recombination of charge carriers in semiconductor no plates electrical contacts to the boards being measured. This purpose is achieved by measurement the magnitude of the magnetic field photoelectric circulation stream created in the monitored semiconductor board. Given that measurement is easy, fast, does not cause semiconductor contamination boards, measuring equipment is simple and cheap, the method can be utilized in the semiconductor industry and in research and development laboratories.

Description

Vynález se týká způsobu měření objemové a povrchové rekomblnace nositelů' náboje v polovodičových deskách, při kterém není nutné vytvořit k měřeným deskám elektrické kontakty.The invention relates to a method for measuring the volume and surface recombination of charge carriers in semiconductor plates, in which it is not necessary to make electrical contacts to the plates to be measured.

Měření objemové a povrchové rekomblnace, charakterizované např. dobou života nositelů náboje a rychlostí povrchové rekomblnace, v polovodičových deskách při výrobě polovodičových prvků a integrovaných obvodů nabývá stále na významu, nebol rekomblnace umožňuje posouzení dokonalosti a čistoty použitého materiálu, a tím i jeho vhodnost pro přísluěný výrobek. Např. pro polovodičové detektory záření je vhodný materiál o velké době života, rychlé spínací prvky naopak potřebují, aby měl použitý materiál krátkou dobu života. Pro měření doby života byla vytvořena řada měřicích metod, které lze rozdělit do dvou skupin, a to na metody vyžadující elektrické kontakty a metody taezkontaktní. Společnou nevýhodou metod vyžadujících kontakty je to, že při vytváření kontaktů dochází nebo může dojít ke kontaminaci nebo poškození měřených vzorků. Mnoho měřicích způsobů navíc vyžaduje, aby měl vzorek předepsaný tvar, zpravidla tvar hranolu, což je často nevýhodné. Uvedenými zásahy se vzorek znehodnocuje a zpravidla ho nelze dále využít ve výrobním procesu. V některých případech je velmi obtížné vhodné kontakty vůbec vytvořit, kontakty mohou způsobovat i znač né chyby při měření, přítomnost kontaktů nedovoluje vzorek libovolně opracovat např. leptáním, žíháním apod. Bezkontaktní metody doposud známé využívají závislost odrazivosti nebo absorpce optického záření, nebo velmi krátkých elektromagnetických vln na koncentraci nadbytečných nositelů. Využívá se buá stacionární stav, nebo jsou sledovány časové relaxace. Měřicí zařízení jsou složitá, choulostivá, nákladná a metody neumožňují měření velmi krátkých dob života. Mnohá z metod vyžadují vzorek polovodiče v předepsaném tvaru. Aby byl signál měřitelný je zpravidla použito silné injekce pomocí laserového svazku, takže není možno měřit dobu života při slabé injekci, což je pro posouzení kvality polovodičového materiálu potřebné.Measurement of volume and surface recombination, characterized by, for example, the life of charge carriers and surface recombination rate, in semiconductor boards in the manufacture of semiconductor devices and integrated circuits is becoming increasingly important since recombination allows assessing the perfection and purity of the material used and thereby its suitability for product. E.g. a long lifetime material is suitable for semiconductor radiation detectors, while fast switching elements need a short lifetime for the material used. To measure the lifetime, a number of measurement methods have been developed, which can be divided into two groups, namely methods requiring electrical contacts and taezcontact methods. A common disadvantage of methods requiring contacts is that contamination or damage to the measured samples occurs or can occur during contact formation. In addition, many measurement methods require the sample to have a prescribed shape, generally a prism, which is often disadvantageous. By the above mentioned interventions the sample deteriorates and as a rule it cannot be further used in the production process. In some cases it is very difficult to make contacts at all, the contacts can cause considerable measurement errors, the presence of contacts does not allow the sample to be arbitrarily processed such as etching, annealing, etc. Non-contact methods hitherto use dependence of reflectance or absorption of optical radiation or very short electromagnetic waves on the concentration of excess carriers. Either the stationary state is used or time relaxation is monitored. Measuring devices are complex, delicate, costly, and methods do not allow measuring very short lifespans. Many of the methods require a semiconductor sample in the prescribed shape. In order to be measurable, a strong laser beam injection is generally used so that the lifetime of a weak injection cannot be measured, which is necessary to assess the quality of the semiconductor material.

Uvedené nevýhody nemá způsob měření rekomblnace podle vynálezu, který spočívá v měření magnetického pole fotomagnetoelektrického cirkulačního proudu tekoucího v polovodičové desce. Světelný svazek o kruhovém průřezu dopadající kolmo na měřenou desku generuje v kruhová oblasti nadbytečné nositele, kteří difundují radiálně do věech směrů. Je-li polovodičový vzorek umístěn v magnetickém poli kolmém k povrchu desky, pak jsou dráhy difundujících nositelů zakřivovány kolmo k původním přímým drahám bez magnetického pole v důsledku Lorentzovy sily a ve vzorku začne téci fotomagnetoelektrický cirkulační proud v kruzích okolo osvětleného místa. Tento proud způsobuje magnetické pole, které využíváme při měření rekombinace, buá tak, že osvětlení vzorku periodicky přerušujeme a odpovídající změny magnetického toku podmiňují indukci střídavého napětí v cívkách, nebo pomocí supravodivého magnetometru (SQUIDu) apod. Jak bylo ukázáno, velikost magnetického pole fotomagnetoelektrického cirkulačního proudu závisí na různých parametrech polovodičové desky, zejména však na objemové a povrchové rekombinaci. Na základě srovnání magnetického toku měřeného vzorku a vzorků, u nichž je rekomblnace známa, můžeme posoudit velikost rekomblnace měřeného vzorku.The above mentioned disadvantages do not have the method of measuring the recombination according to the invention, which consists in measuring the magnetic field of the photomagnetoelectric circulating current flowing in the semiconductor plate. A light beam with a circular cross section perpendicular to the plate to be measured generates in the circular region redundant wearers which diffuse radially into all directions. If the semiconductor sample is placed in a magnetic field perpendicular to the plate surface, the paths of the diffusing wearers are curved perpendicular to the original straight paths without magnetic field due to Lorentz force, and a photomagnetoelectric circulating current flows in circles around the illuminated spot. This current causes the magnetic field that we use to measure recombination, either by periodically interrupting the sample illumination and corresponding changes in the magnetic flux condition induction of alternating voltage in the coils, or using a superconducting magnetometer (SQUID) etc. As shown, the magnitude of the magnetic field current depends on various parameters of the semiconductor board, but especially on volume and surface recombination. By comparing the magnetic flux of the measured sample and the samples for which recombination is known, we can assess the magnitude of the recombination of the measured sample.

ZOF

Závislost velikosti magnetického pole fotomagnetoelektrického cirkulačního proudu na objemové a povrchové rekombinaci umožňuje relativní bezkontaktní měření rekomblnace v polovodičových deskách bez nebezpečí kontaminace, případně nějakého poškození. Jak vyplývá z měření umožňuje způsob podle vynálezu snadné měření i velmi silné rekomblnace, které odpovídají krátké doby života, řádově 10“? s i méně, ěož^je u jiných měřicích způsobů obtížné. Ukazuje se, že pro spolehlivé měření stačí oblast vzorkup velikosti několika čtverečních milimetrů, takže je možné měřit lokální dobu života v různých.míetech vzorku a pokud je vzorek větší než uvedená oblast, nezáleží na jeho tvaru. Jak je vidět z příkladu provedení vynálezu měření je velmi rychlé /trvá několik vteřin/, zařízení pro měření je jednoduché a levné a umožňuje automatizaci měření.The dependence of the magnitude of the magnetic field of the photomagnetoelectric circulation current on the volume and surface recombination allows a relative non-contact measurement of the recombination in the semiconductor plates without the risk of contamination or any damage. As can be seen from the measurement, the method according to the invention makes it possible to easily measure even very strong recombinations, which correspond to short life spans of the order of 10 ' even less, which is difficult with other measurement methods. It turns out that a reliable sample area of several square millimeters is sufficient, so that the local lifetime can be measured at different sample locations, and if the sample is larger than that area, its shape does not matter. As can be seen from the exemplary embodiment of the invention, the measurement is very fast (takes a few seconds), the measurement device is simple and inexpensive, and allows measurement automation.

Na přiloženém výkresu je znázorněn průřez zařízení pro měření rekomblnace podle vynálezu. Styři hranoly tvrdých feritů J a dvě jádra z měkkého feritu 2 jsou sestaveny tak, že vytváří mezeru, do které se vkládá zkoumaná polovodičová deska £· Na měkkých feritech jsou nevinuty cívky £· Do otvoru v jednom feritovém jádře je vložen svštlovod 2, který umožňuje osvětlení vzorku 1. ¹ The attached drawing shows a cross-section of a recombination measuring device according to the invention. The four hard ferrite prisms J and the two soft ferrite cores 2 are assembled so as to form a gap into which the semiconductor plate 6 to be examined is inserted. lighting the sample 1. ¹

Soustava tvrdých a měkkých feritů vytváří konstantní magnetické pole, které je nutné pro vznik fotomagnetoelektrického cirkulačního proudu. Jádry z měkkého feritu protéká magnetický tok podmíněný fotomagnetoelektrickým cirkulačním proudem, který vznikne v polovodičové desce 1 při jejím osvětlení. Přerušujeme-li osvětlení polovodičové desky, mění se uvedený magnetický tok, a tím dochází k indukci střídavého napětí v cívkách i· Toto napětí je mírou velikosti rekombinace a měříme je synchronním detektorem.The system of hard and soft ferrites creates a constant magnetic field, which is necessary for the generation of photomagnetoelectric circulating current. The cores of soft ferrite flow through the magnetic flux caused by the photomagnetoelectric circulation current, which occurs in the semiconductor plate 1 under its illumination. If we interrupt the illumination of the semiconductor board, the magnetic flux changes, thus inducing alternating voltage in the coils. This voltage is a measure of the magnitude of recombination and is measured by a synchronous detector.

Způsob měření rekombinace podle vynálezu umožňuje relativní bezkontaktní měření rekombinace v polovodičových deskách o celkem libovolném tvaru a to poměrně rychle, bez kontaminace a bez poškození desky, na jednoduchém a levném zařízení a umožňuje měřit i velmi silnou rekombinaci charakterizovanou krátkou dobou života řádově 10 s, a proto je to způsob, který může být využit jako kontrolní metoda jak v polovodičovém průmyslu, tak ve výzkumných a vývojových laboratořích.The method of measuring recombination according to the invention allows the relative contactless measurement of recombination in semiconductor plates of a totally arbitrary shape, relatively quickly, without contamination and without damaging the plate, on a simple and inexpensive device and allows to measure very strong recombination characterized by therefore, it is a method that can be used as a control method both in the semiconductor industry and in research and development laboratories.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Contactless method for measuring the recombination of charge carriers in semiconductor plates, characterized in that the contactless magnetic field of a photomagnetoelectric circulating current generated in the measured semiconductor plate, the magnitude of which is a measure of recombination, is measured.