DE102013202480B4 - Method for determining the actual carrier lifetime of a semiconductor substrate from a dynamic and differential measurement of the relaxation time of free charge carriers - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung der tatsächlichen Ladungsträger-Lebensdauer eines Halbleitersubstrates aus einer dynamischen und differentiellen Messung der Relaxationszeit freier Ladungsträger, folgende Verfahrensschritte umfassend:A Erzeugen einer ersten Überschussladungsträgerdichte Δnund mindestens einer zweiten Überschussladungsträgerdichte Δnin dem Halbleitersubstrat, wobei die erste Überschussladungsträgerdichte Δnunterschiedlich zur zweiten Überschussladungsträgerdichte Δnist und dynamisches und differentielles Messen einer ersten Ladungsträger-Relaxationszeit τund einer ersten Generationsrate Gin dem Halbleitersubstrat ausgehend von erster Überschussladungsträgerdichte Δnund mindestens einer zweiten Ladungsträger-Relaxationszeit τund mindestens einer zweiten Generationsrate Gin dem Halbleitersubstrat ausgehend von der zweiten Überschussladungsträgerdichte Δn,B Berechnen der tatsächlichen Ladungsträger-Lebensdauer τ(i=1,2) bei der Überschussladungsträgerdichte Δn(i=1,2) abhängig von den in Verfahrensschritt A bestimmten Messgrößen τ, G, τund G, dadurch gekennzeichnet,dass in Verfahrensschritt A die Ladungsträger-Relaxationszeit τals charakteristische Relaxationszeit der Überschussladungsträgerdichte nach einer Änderung der Generationsrate G→ξ· G(i=1,2) , mit 0≤ξ≠1 gemessen wird, unddass in Verfahrensschritt B die tatsächliche Ladungsträger-Lebensdauer τ(i=1,2) anhand eines analytischen Zusammenhangs zwischen τund den Messgrößen τund G(i=1,2) bestimmt wird.A method for determining the actual carrier lifetime of a semiconductor substrate from a dynamic and differential measurement of free carrier relaxation time, comprising the following steps: A generating a first excess carrier density Δn and at least one second excess carrier density Δn in the semiconductor substrate, wherein the first excess carrier density Δn is different than the second excess carrier density Δn and dynamic and differentially measuring a first carrier relaxation time τ and a first generation rate Gin the semiconductor substrate from first excess carrier density Δn and at least one second carrier relaxation time τ and at least one second generation rate Gin the semiconductor substrate from the second excess carrier density Δn, B calculating the actual carrier lifetime τ ( i = 1.2) at the excess charge carrier density Δn (i = 1,2) depending on the measured variables τ, G, τ and G determined in method step A, characterized in that in method step A the carrier relaxation time τ is the characteristic relaxation time of the excess charge carrier density after a change in the generation rate G → ξ · G (i = 1,2), where 0≤ξ ≠ 1 is measured, and that in method step B the actual carrier lifetime τ (i = 1,2) is determined on the basis of an analytical relationship between τ and the measured quantities τ and G (i = 1,2 ) is determined.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der tatsächlichen Ladungsträger-Lebensdauer eines Halbleitersubstrates aus einer dynamischen und differentiellen Messung der Relaxationszeit freier Ladungsträger.The invention relates to a method for determining the actual charge carrier lifetime of a semiconductor substrate from a dynamic and differential measurement of the relaxation time of free charge carriers.

Bei der Verwendung von Halbleitersubstraten zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, beispielsweise von photovoltaischen Solarzellen oder anderen elektronischen Bauelementen ist eine exakte Bestimmung von Materialparametern von hohem Interesse. Insbesondere stellt die Ladungsträger-Lebensdauer für viele Anwendungen von Halbleitersubstraten einen wichtigen Parameter dar, so dass Bedarf an einer robusten, kosteneffektiven und exakten Messung der Ladungsträger-Lebensdauer besteht.When using semiconductor substrates for the production of semiconductor components, for example photovoltaic solar cells or other electronic components, an exact determination of material parameters is of great interest. In particular, carrier lifetime is an important parameter for many semiconductor substrate applications, so there is a need for robust, cost effective, and accurate carrier lifetime measurement.

Es ist bekannt, das zeitliche Abklingverhalten freier Ladungsträger in einem Halbleitersubstrat zu messen und hieraus eine Ladungsträger-Lebensdauer zu bestimmen. Es ist weiterhin bekannt, dass die Durchführung einer dynamischen Messung einer Ladungsträger-Lebensdauer aus dem zeitlichen Abklingverhalten freier Ladungsträger unter zeitlich konstanter Hintergrund-Ladungsträger-Injektion, wie beispielsweise durch eine konstante Beleuchtung (Biaslicht) nicht zur Bestimmung der tatsächlichen, sondern einer sogenannten differentiellen Ladungsträger-Lebensdauer führt. Dies ist in R. Brendel, Appl. Phys. A 60, 523 (1995) und J. Schmidt, IEEE Transactions on Electron Devices 46, 2018 (1999) beschrieben.It is known to measure the time decay behavior of free charge carriers in a semiconductor substrate and to determine therefrom a carrier lifetime. It is furthermore known that carrying out a dynamic measurement of a charge carrier lifetime from the time decay behavior of free charge carriers under time-constant background charge carrier injection, such as, for example, by constant illumination (bias light), does not determine the actual but a so-called differential charge carrier Lifetime leads. This is in R. Brendel, Appl. Phys. A 60, 523 (1995) and J. Schmidt, IEEE Transactions on Electron Devices 46, 2018 (1999) described.

Hier und im Folgenden bezeichnet „Injektion“ die Erzeugung freier Ladungsträgerpaare in dem Halbleitersubstrat. Dies kann beispielsweise durch Beleuchtung und/oder durch elektrisches Kontaktieren und Erzeugen eines Stromflusses durch den Halbleiter erzielt werden.Here and below, "injection" refers to the generation of free charge carrier pairs in the semiconductor substrate. This can be achieved, for example, by illumination and / or by electrical contacting and generating a current flow through the semiconductor.

Es werden daher Verfahren verwendet, bei welchen aus einer differentiellen Messung mittels Integration des differentiellen Messergebnisses über den gesamten Injektionsbereich unterhalb einer interessierenden Überschussladungsträgerdichte eine tatsächliche Ladungsträger-Lebensdauer berechnet wird. Dies ist in A.G. Aberle, J. Schmidt, and R. Brendel, J. Appl. Phys. 79, 1491 (1996) und J. Schmidt, IEEE Transactions on Electron Devices 46, 2018 (1999) beschrieben.Therefore, methods are used in which an actual charge carrier lifetime is calculated from a differential measurement by integration of the differential measurement result over the entire injection range below an excess charge carrier density of interest. This is in AG Aberle, J. Schmidt, and R. Brendel, J. Appl. Phys. 79, 1491 (1996) and J. Schmidt, IEEE Transactions on Electron Devices 46, 2018 (1999) described.

Ein derartiges Vorgehen zur Bestimmung einer tatsächlichen Ladungsträger-Lebensdauer weist jedoch mehrere Nachteile auf:However, such a procedure for determining an actual charge carrier lifetime has several disadvantages:

Erstens wird die Messbarkeit von Ladungsträger-Lebensdauern bis hin zu beliebig kleinen Injektionsdichten vorausgesetzt; dies ist jedoch unter realen Messbedingungen aufgrund der rauschbedingten Empfindlichkeitsgrenzen einer Messapparatur nicht ausreichend erfüllt.First, the measurability of carrier lifetimes up to arbitrarily small injection densities is assumed; However, this is not sufficiently fulfilled under real measurement conditions due to the noise-induced sensitivity limits of a measuring apparatus.

Zweitens ist die Messung von Ladungsträger-Lebensdauern über alle Überschussladungsträgerdichten unterhalb einer interessierenden Überschussladungsträgerdichte unverhältnismäßig aufwendig, sofern nur eine oder nur wenige bestimmte Überschussladungsträgerdichten von Interesse sind. Solche Messverfahren sind daher kostenaufwendig und/oder fehleranfällig.Second, the measurement of carrier lifetime across all excess charge carrier densities below an excess charge carrier density of interest is disproportionately expensive, if only one or only a few specific excess charge carrier densities are of interest. Such measuring methods are therefore expensive and / or error-prone.

Hier und im Folgenden bezeichnet die Überschussladungsträgerdichte die Dichte der freien Ladungsträger in dem Halbleitersubstrat, bei einem dotierten Halbleitersubstrat die Dichte der freien Minoritätsladungsträger.Here and below, the excess charge carrier density denotes the density of the free charge carriers in the semiconductor substrate, in the case of a doped semiconductor substrate the density of the free minority carriers.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der tatsächlichen Ladungsträger-Lebensdauer eines Halbleitersubstrates zu schaffen, welches die zuvor genannten Nachteile überwindet.The invention is therefore based on the object to provide a method for determining the actual charge carrier lifetime of a semiconductor substrate, which overcomes the aforementioned disadvantages.

Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 2 bis 14.This object is achieved by a method according to claim 1. Advantageous embodiments of the method according to the invention can be found in claims 2 to 14.

Die Erfindung ist zum einen in der Erkenntnis begründet, dass nicht nur Messungen der Ladungsträger-Lebensdauer unter zeitlich konstanter Hintergrund-Ladungsträger-Injektion, sondern auch stetig und insbesondere harmonisch zeitmodulierte Messmethoden zur Bestimmung einer differentiellen Ladungsträger-Lebensdauer führen, wie beispielsweise das in WO 2011/134602 beschriebene Verfahren zur Bestimmung von Materialparametern eines Halbleitersubstrates durch Messung von Lumineszenzstrahlung. Somit sind beispielsweise auch bekannte Messmethoden aus der Photovoltaik wie die zeitmodulierte/quasi statische Photolumineszenz (wie in J.A. Giesecke, M.C. Schubert, and W. Warta, Phys. Stat. Sol. (a) 209, 2286 (2012 ), in J.A. Giesecke, M.C. Schubert, D. Walter, and W. Warta, Appl. Phys. Lett. 97, 092109 (2010) oder in R. Brüggemann and S. Reynolds, J. Non-Cryst. Solids 352, 1888 (2006) beschrieben) oder MFCA (modulated free carrier absorption, wie in F. Sanii, F.P. Giles, R.J. Schwartz, and J.L. Gray, Solid-State. Electronics 35, 311 (1992) , in S.W. Glunz, A.B. Sproul, W. Warta, and W. Wettling, J. Appl. Phys. 75, 1611 (1994) oder in S. W. Glunz and W. Warta, J. Appl. Phys. 77, 3243 (1995) beschrieben) betroffen oder es bedarf aufwändiger Mess- und/oder Auswerteverfahren. Es besteht daher ein Bedarf an einem Verfahren, welches zuverlässig und unaufwändig die Bestimmung der tatsächlichen Ladungsträger-Lebensdauer ermöglicht. Dies wird durch das erfindungsgemäße Verfahren bereitgestellt.The invention is based on the one hand in the knowledge that not only measurements of the carrier lifetime under constant background carrier charge injection, but also continuously and in particular harmonically time-modulated measurement methods for determining a differential carrier lifetime, such as in WO 2011/134602 described method for determining material parameters of a semiconductor substrate by measuring luminescence radiation. Thus, for example, also known measurement methods from photovoltaics, such as time-modulated / quasi-static photoluminescence (as in US Pat JA Giesecke, MC Schubert, and W. Warta, Phys. Stat. Sol. (a) 209, 2286 (2012 ), in JA Giesecke, MC Schubert, D.Walter, and W. Warta, Appl. Phys. Lett. 97, 092109 (2010) or in Brüggemann and S. Reynolds, J. Non-Cryst. Solids 352, 1888 (2006) described) or MFCA (Modulated Free Carrier Absorption, as in F. Sanii, FP Giles, RJ Schwartz, and JL Gray, Solid State. Electronics 35, 311 (1992) , in SW Glunz, AB Sproul, W. Warta, and W. Wettling, J. Appl. Phys. 75, 1611 (1994) or in SW Glunz and W. Warta, J. Appl. Phys. 77, 3243 (1995) described) or it requires complex measurement and / or evaluation. Therefore, there is a need for a method which reliably and inexpensively enables the determination of the actual carrier lifetime. This is provided by the method according to the invention.

Weiterhin ist die Erfindung in der Erkenntnis begründet, dass ein analytischer Zusammenhang besteht, so dass aus Messung von zwei Paaren von differentieller Ladungsträger-Lebensdauer und Generationsrate in dem Halbleitersubstrat, wie nachfolgend näher erläutert wird, unter Verwendung des vorgenannten analytischen Zusammenhangs die tatsächliche Ladungsträger-Lebensdauer bestimmt werden kann.Furthermore, the invention is based on the recognition that there is an analytical connection, such that from the measurement of two pairs of differential charge carrier lifetime and generation rate in the semiconductor substrate, as explained in more detail below, using the aforementioned analytical context, the actual charge carrier lifetime can be determined.

Es ist somit erstmals möglich, ohne aufwendige und hinsichtlich der Konvergenz störanfällige numerische Verfahren (wie in WO2011/134602 beschrieben) sowie ohne „Aufintegrieren“ der Messdaten über einen großen Ladungsträger-Injektonsbereich (wie in A.G. Aberle, J. Schmidt, and R. Brendel, J. Appl. Phys. 79, 1491 (1996) beschrieben) die tatsächliche Ladungsträger-Lebensdauer zu bestimmen.It is thus possible for the first time, without complicated and with respect to the convergence error-prone numerical method (as in WO2011 / 134602 described) and without "integrating" the measurement data over a large charge carrier Injektonsbereich (as in AG Aberle, J. Schmidt, and R. Brendel, J. Appl. Phys. 79, 1491 (1996) described) to determine the actual charge carrier lifetime.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der tatsächlichen Ladungsträger-Lebensdauer eines Halbleitersubstrates umfasst folgende Verfahrensschritte:The method according to the invention for determining the actual charge carrier lifetime of a semiconductor substrate comprises the following method steps:

In einem Verfahrensschritt A erfolgt ein Erzeugen einer ersten Überschussladungsträgerdichte Δn1 und mindestens einer zweiten Überschussladungsträgerdichte Δn2 in dem Halbleitersubstrat, wobei die erste Überschussladungsträgerdichte Δn1 unterschiedlich ist zur zweiten Überschussladungsträgerdichte Δn2. Weiterhin erfolgt ein dynamisches und differentielles Messen einer ersten Ladungsträger-Relaxationszeit τM,1 und einer ersten Generationsrate G1 in dem Halbleitersubstrat ausgehend von erster Überschussladungsträgerdichte Δn1 und mindestens einer zweiten Ladungsträger-Relaxationszeit τM,2 und mindestens einer zweiten Generationsrate G2 in dem Halbleitersubstrat ausgehend von der zweiten Überschussladungsträgerdichte Δn2.In a method step A, a first excess charge carrier density Δn 1 and at least one second excess carrier density Δn 2 are generated in the semiconductor substrate, wherein the first excess carrier density Δn 1 is different from the second excess carrier density Δn 2 . Furthermore, a dynamic and differential measurement of a first charge carrier relaxation time τ M, 1 and a first generation rate G 1 in the semiconductor substrate is carried out on the basis of first excess charge carrier density Δn 1 and at least one second charge carrier relaxation time τ M, 2 and at least one second generation rate G 2 in FIG the semiconductor substrate, starting from the second excess charge carrier density Δn 2 .

Dynamisches und differentielles Messen bezeichnet hier die Bestimmung der Ladungsträger-Relaxationszeit τM,i, entweder durch Messung der Relaxationszeit der Überschussladungsträgerdichte nach einer abrupten Änderung der Generationsrate freier Ladungsträger Gi→ξ. Gi mit einem Biaslichtparameter ξ≥0und ξ≠1, oder durch Messung der Phasenverschiebung zwischen einer quasi-statisch und stetig (insbesondere harmonisch) zeitmodulierten Generationsrate G(t) und der resultierenden Überschussladungsträgerdichte Δn(t). Dieser Fall einer stetigen Zeitmodulation entspricht einer Superposition infinitesimaler Änderungen der Generationsrate mit variabler zeitlicher Dichte (Grenzwert ξ→1).Dynamic and differential measurement here refers to the determination of the carrier relaxation time τ M, i , either by measuring the relaxation time of the excess charge carrier density after an abrupt change in the generation rate of free charge carriers G i → ξ. G i with a bias light parameter ξ≥0 and ξ ≠ 1, or by measuring the phase shift between a quasi-static and continuous (in particular harmonic) time-modulated generation rate G (t) and the resulting excess charge carrier density Δn (t). This case of continuous time modulation corresponds to a superposition of infinitesimal changes of the generation rate with variable time density (limit value ξ → 1).

Beim Messen der Abklingzeit ist die Wahl eines Biaslichtparameters ξ<1 üblich, da üblicherweise die Relaxationszeit der Überschussladungsträgerdichte nach einem sehr kurzen Lichtpuls mit im Vergleich zur Bias-Beleuchtung sehr geringer Intensität gemessen wird. Denkbar wäre aber auch die Messung der Relaxationszeit der Überschussladungsträgerdichte nach einer abrupten Erhöhung der Generationsrate, die sich mit einem ξ>1 beschreiben ließe. Vorzugsweise wird hierbei ξ hinreichend klein gewählt, so dass der Nenner ( 1 ξ G i d τ 0, i d Δ n | Δ n i )

Figure DE102013202480B4_0001
in der weiter unten aufgeführten Formel 1 größer Null ist. When measuring the decay time, the choice of a bias light parameter ξ <1 is customary, since usually the relaxation time of the excess charge carrier density is measured after a very short light pulse with very low intensity compared to the bias illumination. However, it would also be conceivable to measure the relaxation time of the excess charge carrier density after an abrupt increase in the generation rate, which could be described with a ξ> 1. Preferably, ξ is chosen to be sufficiently small, so that the denominator ( 1 - ξ G i d τ 0 i d Δ n | Δ n i )
Figure DE102013202480B4_0001
in formula 1 below is greater than zero.

In beiden Fällen ist die Messung dynamisch, da sich die Messgröße aus der zeitabhängigen Antwort eines Experiments ableitet. In beiden Fällen ist die Messung differentiell, da gezeigt werden kann, dass sowohl o.g. Relaxationszeit als auch o.g. Phasenverschiebung genau der Änderung der Überschussladungsträgerdichte pro Änderung der Generationsrate freier Ladungsträger entsprechen.In both cases, the measurement is dynamic because the measurand is derived from the time-dependent response of an experiment. In both cases, the measurement is differential, since it can be shown that both o.g. Relaxation time as well o.g. Phase shift correspond exactly to the change in the excess charge carrier density per change in the generation rate of free charge carriers.

In einem Verfahrensschritt B erfolgt die Bestimmung der tatsächlichen Ladungsträger-Lebensdauer τ0,i (i=1,2) bei der Überschussladungsträgerdichte Δni (i=1,2) abhängig von den in Verfahrensschritt A bestimmten Messgrößen τM,1, G1, sowie mindestens τM,2 und G2.In a method step B, the actual carrier lifetime τ 0, i (i = 1,2) at the excess charge carrier density Δn i (i = 1,2) is determined as a function of the measured variables τ M, 1 , G 1 determined in method step A. , as well as at least τ M, 2 and G 2 .

Wesentlich ist, dass im Verfahrensschritt A die Ladungsträger-Relaxationszeit zM,i als charakteristische Relaxationszeit der Überschussladungsträgerdichte nach einer Änderung der Generationsrate Gi→ξ· Gi mit einem Parameter ξ≠1 gemessen wird.It is essential that in step A, the carrier relaxation time z M, i is measured as a characteristic relaxation time of the excess charge carrier density after a change in the generation rate G i → ξ · G i with a parameter ξ ≠ 1.

Die möglichen Ausprägungen der Änderung der Generationsrate sind im Folgenden genau bezeichnet:The possible variants of the generation rate change are specified below:

Einerseits kann es sich dabei um eine finite, vorzugsweise geringfügige, und abrupte Änderung der Generationrate handeln (also idealerweise eine instantane Änderung, d.h. mit unendlich kurzer Zeitverzögerung). In der Praxis muss die Änderung auf einer sehr viel kürzeren Zeitskala als der Ladungsträger-Relaxationszeit erfolgen, damit die Ladungsträger -Relaxation zu jedem interessierenden Zeitpunkt unter zeitlich konstanter Generation freier Ladungsträger erfolgt. Diese Ausprägung schließt auch Lichtpulse (etwa Laserpulse) ein, die eine zeitlich konstante Generationsrate freier Ladungsträger überlagern, und deren Schaltzeit sehr viel kürzer ist als die Ladungsträger-Relaxationszeit.On the one hand, this may be a finite, preferably small, and abrupt change in the generation rate (ideally an instantaneous change, i.e. with an infinitely short time delay). In practice, the change must be made on a much shorter time scale than the carrier relaxation time for charge carrier relaxation to occur at any point of interest under constant free-carrier generation. This expression also includes light pulses (such as laser pulses), which superimpose a time-constant generation rate of free charge carriers, and whose switching time is much shorter than the carrier relaxation time.

Andererseits kann es sich dabei um eine stetige, vorzugsweise harmonische, und vorzugsweise quasi-statische Änderung der Generationsrate freier Ladungsträger handeln. Quasi-statisch bezeichnet hier eine signifikante Variation der Generationsrate auf einer Zeitskala sehr viel größer als der Ladungsträger-Relaxationszeit. Diese Ausprägung entspricht dem Grenzfall ξ →1.On the other hand, it may be a continuous, preferably harmonic, and preferably quasi-static change of the generation rate act free carrier. Quasi-static here means a significant variation of the generation rate on a time scale much larger than the carrier relaxation time. This characteristic corresponds to the limiting case ξ → 1.

Weiterhin wesentlich ist, dass in Verfahrensschritt B die tatsächliche Ladungsträger-Lebensdauer τ0,i (i=1,2) anhand eines analytischen Zusammenhangs zwischen τ0,i und den Messgrößen τM,i und Gi (i=1,2) bestimmt wird.Furthermore, it is essential that in method step B, the actual carrier lifetime τ 0, i (i = 1,2) based on an analytical relationship between τ 0, i and the measured variables τ M, i and G i (i = 1,2) is determined.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt somit erstmals die Bestimmung der tatsächlichen Ladungsträger-Lebensdauer τ0 bei der ersten Überschussladungsträgerdichte Δn1 und der zweiten Überschussladungsträgerdichte Δn2, ohne dass eine Messung bei Überschussladungsträgerdichten Δn kleiner dem Minimum von Δn1 und Δn2 notwendig ist und insbesondere ohne dass über solche Messdaten integriert werden muss.The inventive method thus allows for the first time the determination of the actual carrier lifetime τ 0 at the first excess carrier density Δn 1 and the second excess carrier density Δn 2 , without a measurement at excess carrier densities Δn smaller than the minimum of Δn 1 and Δn 2 is necessary and in particular without that must be integrated via such measurement data.

Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit ein schnelles, hinsichtlich der Konvergenz robustes und somit kostengünstiges Verfahren zur Bestimmung der tatsächlichen Ladungsträger-Lebensdauer eines Halbleitersubstrates aus einer dynamischen und differentiellen Messung der Ladungsträger-Relaxationszeit dar.The method according to the invention thus represents a fast method, which is robust with regard to convergence and thus cost-effective, for determining the actual charge carrier lifetime of a semiconductor substrate from a dynamic and differential measurement of the charge carrier relaxation time.

Vorzugsweise wird in Verfahrensschritt B die tatsächliche Ladungsträger-Lebensdauer τ0,i (i=1,2) abhängig von dem analytischen Zusammenhang gemäß Formel 1 τ M , i = τ 0, i 1 ξ G i d τ 0, i d Δ n | Δ n i ; ( i = 1,2 )

Figure DE102013202480B4_0002
berechnet, mit der bei der Generationsrate Gi vorliegenden rekursiv zu bestimmenden Überschussladungsträgerdichte Δni=Gi·τ0,i. Die Bestimmung der Überschussladungsträgerdichte erfolgt rekursiv, da bei Messung der Generationsrate Gi und der Ladungsträger-Relaxationszeit τM,i zunächst die tatsächliche Lebensdauer τ0,i noch nicht bekannt ist.Preferably, in method step B, the actual carrier lifetime τ 0, i (i = 1,2) depends on the analytical relationship according to formula 1 τ M . i = τ 0 i 1 - ξ G i d τ 0 i d Δ n | Δ n i ; ( i = 1.2 )
Figure DE102013202480B4_0002
calculated, with the present at the generation rate G i recursively determined excess charge carrier density Δn i = G i · τ 0, i . The determination of the excess charge carrier density is recursive, since the actual lifetime τ 0, i is not yet known when measuring the generation rate G i and the carrier relaxation time τ M, i .

Untersuchungen des Anmelders haben ergeben, dass für viele Anwendungen in Verfahrensschritt B die tatsächliche Ladungsträger-Lebensdauer für die interessierenden Überschussladungsträgerdichten Δn1 und Δn2 als linear abhängig von der Überschussladungsträgerdichte angenommen werden kann.Applicant's investigations have shown that for many applications in method step B, the actual carrier lifetime for the excess carrier densities Δn 1 and Δn 2 of interest can be assumed to be linearly dependent on the excess carrier density.

Vorzugsweise wird daher in Verfahrensschritt B die tatsächliche Ladungsträger-Lebensdauer zumindest für die zuvor spezifizierten Arbeitspunkte Δni (i=1,2) als linear abhängig von der Überschussladungsträgerdichte Δn angenommen. Hierdurch wird eine weitere Vereinfachung und Beschleunigung des Verfahrens erzielt.Therefore, in method step B, the actual carrier lifetime is preferably assumed to be linearly dependent on the excess charge carrier density Δn, at least for the previously specified operating points Δn i (i = 1, 2). This achieves a further simplification and acceleration of the method.

Insbesondere ist es hierbei vorteilhaft, die Ladungsträger-Lebensdauer als linear abhängig mit einer Konstante k gemäß Formel 2 k = d τ d Δ n | Δ n 1 = d τ d Δ n | Δ n 2 ;

Figure DE102013202480B4_0003
anzunehmen.In particular, it is advantageous here, the carrier lifetime as linearly dependent with a constant k according to formula 2 k = d τ d Δ n | Δ n 1 = d τ d Δ n | Δ n 2 ;
Figure DE102013202480B4_0003
to accept.

Bei dieser vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Annahme einer linearen Abhängigkeit der Ladungsträger-Lebensdauer von der Überschussladungsträgerdichte in den zuvor spezifizierten Arbeitspunkten ist es insbesondere vorteilhaft, ein Gleichungssystem basierend auf Formel 1 und Formel 2 zur Bestimmung der unbekannten Größen τ0,i (i=1,2) und k zu lösen. Hierdurch kann auf an sich bekannte algebraische Verfahren zur Lösung eines linearen Gleichungssystems mit Unbekannten zurückgegriffen werden.In this preferred embodiment of the method according to the invention, assuming a linear dependence of the charge carrier lifetime on the excess charge carrier density in the previously specified operating points, it is particularly advantageous to use a system of equations based on Formula 1 and Formula 2 for determining the unknown quantities τ 0, i (i = 1,2) and k to solve. This makes it possible to resort to known algebraic methods for solving a linear system of equations with unknowns.

Insbesondere ist es vorteilhaft, ein Gleichungssystem umfassend nachfolgende Formeln 3 und 4 aufzustellen: τ M , i = τ 0, i 1 ξ G , k ; ( i = 1,2 ) ;

Figure DE102013202480B4_0004
τ 0,2 = τ 0,1 + k ( τ 0,2 G 2 τ 0,1 G 1 ) ;
Figure DE102013202480B4_0005
und basierend auf diesem Gleichungssystem die unbekannten Größen τ0,i (i=1,2) und k zu bestimmen.In particular, it is advantageous to set up a system of equations comprising the following formulas 3 and 4: τ M . i = τ 0 i 1 - ξ G . k ; ( i = 1.2 ) ;
Figure DE102013202480B4_0004
τ 0.2 = τ 0.1 + k ( τ 0.2 G 2 - τ 0.1 G 1 ) ;
Figure DE102013202480B4_0005
and to determine the unknown quantities τ 0, i (i = 1,2) and k based on this system of equations.

In einer alternativen vorzugsweisen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt im Verfahrensschritt B eine iterative Bestimmung der tatsächlichen Ladungsträger-Lebensdauer τ0,i. Diese vorzugsweise Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist den Vorteil auf, dass auch in Fällen, in welchen eine erhebliche nicht lineare Abhängigkeit der tatsächlichen Ladungsträger-Lebensdauer von der Überschussladungsträgerdichte an den spezifizierten Arbeitspunkten vorliegt, exakte Messergebnisse erzielt werden können.In an alternative preferred embodiment of the method according to the invention, an iterative determination of the actual charge carrier lifetime τ 0, i takes place in method step B. This preferred embodiment of the method according to the invention has the advantage that exact measurement results can be achieved even in cases in which there is a considerable non-linear dependence of the actual charge carrier lifetime on the excess charge carrier density at the specified operating points.

Insbesondere ist es vorteilhaft, eine Iteration, umfassend folgende Iterationsschritte, durchzuführen:In particular, it is advantageous to carry out an iteration comprising the following iteration steps:

In einem Iterationsstart j=0 wird eine erste Approximation der tatsächlichen Lebensdauer τ0,i,j=0 mit der differentiell gemessenen Ladungsträger-Relaxationszeit τM,i gleichgesetzt, gemäß Formel 5: τ 0, i , j = 0 = τ M , i ( i = 1,2 ) ;

Figure DE102013202480B4_0006
In an iteration start j = 0, a first approximation of the actual lifetime τ 0, i, j = 0 is shown the differential measured carrier relaxation time τ M, i equated, according to formula 5: τ 0 i . j = 0 = τ M . i ( i = 1.2 ) ;
Figure DE102013202480B4_0006

Weiterhin wird für jeden Iterationsschritt j > 0 eine fiktive differentielle Lebensdauer τM,i,j bestimmt, vorzugsweise gemäß Formel 6: τ M , i , j = τ 0, i , j 1 ξ G i d τ 0, i , j d Δ n | Δ n i ; ( i = 1,2 ) ;

Figure DE102013202480B4_0007
Furthermore, a fictitious differential lifetime τ M, i, j is determined for each iteration step j> 0, preferably according to formula 6: τ M . i . j = τ 0 i . j 1 - ξ G i d τ 0 i . j d Δ n | Δ n i ; ( i = 1.2 ) ;
Figure DE102013202480B4_0007

Für jeden Iterationsschritt j >0 erfolgt weiterhin eine Abschätzung der tatsächlichen Lebensdauer τ0,i,j+1, vorzugsweise gemäß Formel 7: τ 0, i , j + 1 = τ 0,1, j + ε ( τ M , i , j τ M , i ) ;

Figure DE102013202480B4_0008
mit einem Faktor ε, ε>0. Dabei wird der Faktor ε derart gewählt, dass eine Konvergenz ermöglicht wird. Vorzugsweise wird für eine hohe Konvergenzwahrscheinlichkeit der Faktor ε<1 gewählt, insbesondere bevorzugt ε≤0.05.For each iteration step j> 0 an estimation of the actual lifetime τ 0, i, j + 1 , preferably according to formula 7, continues to take place: τ 0 i . j + 1 = τ 0.1 j + ε ( τ M . i . j - τ M . i ) ;
Figure DE102013202480B4_0008
with a factor ε, ε> 0. In this case, the factor ε is chosen such that a convergence is made possible. Preferably, the factor ε <1 is selected for a high probability of convergence, in particular preferably ε≤0.05.

Das Iterationsverfahren wird fortgesetzt, bis ein vorgegebenes Abbruchkriterium erfüllt ist.The iteration process continues until a predetermined abort criterion is met.

Vorzugsweise wird das Iterationsverfahren fortgesetzt, bis die relative Abweichung einer mittels Formel 6 in dem aktuellen Iterationsschritt bestimmten fiktiven Relaxationszeit τM,i.j von der gemessenen Relaxationszeit TM,i kleiner als ein vorgegebener Wert ist, insbesondere eine relative Abweichung kleiner 1%, vorzugsweise kleiner 0.1%. Typischerweise genügen (z.B. bei einem Faktor ε=0.05) 50-150 Iterationsschritte für eine hinreichend genaue Bestimmung der tatsächlichen Lebensdauer.Preferably, the iteration process is continued until the relative deviation of a fictitious relaxation time τ M, ij determined by formula 6 in the current iteration step from the measured relaxation time T M, i is less than a predetermined value, in particular a relative deviation of less than 1%, preferably smaller 0.1%. Typically, 50-150 iteration steps suffice (eg with a factor ε = 0.05) for a sufficiently accurate determination of the actual service life.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur Anwendung von harmonisch zeitmodulierten Photolumineszenz-Messungen geeignet. Insbesondere stellt das erfindungsgemäße Verfahren eine Verbesserung des in WO 2011/134602 beschriebenen Verfahrens dar, da die dort beschriebene notwendige numerische Lösung der Kontinuitätsgleichung gemäß Gleichung 4 der WO 2011/134602 bei dem hier beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren nicht notwendig ist und somit auf solch ein numerisches Verfahren verzichtet werden kann und dessen etwaige Probleme hinsichtlich der Geschwindigkeit und Robustheit vermieden werden.The method according to the invention is particularly suitable for the use of harmonically time-modulated photoluminescence measurements. In particular, the inventive method provides an improvement of in WO 2011/134602 described method, since the necessary numerical solution described there the continuity equation according to equation 4 of WO 2011/134602 in the method according to the invention described here is not necessary and thus can be dispensed with such a numerical method and its possible problems in terms of speed and robustness can be avoided.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist - wie in o.g. Spezifikation der Anregungsbedingungen erwähnt - nicht auf harmonisch zeitmodulierte Photolumineszenz-Messungen beschränkt. Insbesondere lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei allen Messverfahren anwenden, welche

  1. i) entweder aus der Messung der Abkling- oder Relaxationszeit der Überschussladungsträgerdichte nach einem Lichtpuls oder einer abrupten finiten, vorzugsweise geringfügigen Änderung der Generationsrate freier Ladungsträger,
  2. ii) oder aus der Messung einer Phasenverschiebung zwischen einer stetig (vorzugsweise harmonisch) zeitmodulierten Generationsrate und der resultierenden Überschussladungsträgerdichte auf die tatsächliche Ladungsträger-Lebensdauer schließen.
The method according to the invention is not limited to harmonic time-modulated photoluminescence measurements, as mentioned in the specification of the excitation conditions. In particular, the method according to the invention can be used in all measuring methods which
  1. i) either from the measurement of the decay or relaxation time of the excess charge carrier density after a light pulse or an abrupt finite, preferably slight change in the generation rate of free charge carriers,
  2. ii) or from the measurement of a phase shift between a continuous (preferably harmonic) time-modulated generation rate and the resulting excess charge carrier density on the actual carrier lifetime.

Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren bei

  1. i) Messungen des Photoleitfähigkeitsabklingens unter Bias-Beleuchtung (etwa via Mikrowellenreflexion, oder induktiv über elektrische Suszeptibilitätsmessung unter Radiofrequenz-Anregung), oder bei
  2. ii) stetig zeitmodulierten Messungen der Ladungsträger-Relaxationszeit (etwa via Absorption freier Ladungsträger (MFCA) oder via Lumineszenz)
anwendbar.In particular, the method according to the invention is included
  1. i) measurements of photoconductive decay under bias illumination (such as via microwave reflection, or inductively via electrical susceptibility measurement under radio-frequency excitation), or at
  2. ii) continuously time-modulated measurements of the charge carrier relaxation time (eg via absorption of free charge carriers (MFCA) or via luminescence)
applicable.

Vorzugsweise erfolgt in Verfahrensschritt A die Ladungsträger-Injektion in dem Halbleitersubstrat mittels Beaufschlagen des Halbleitersubstrates mit elektrischer Spannung und/oder mit elektromagnetischer Strahlung und die Generationsrate und die differentielle Ladungsträger-Relaxationszeit wird mittels Messen der vom Halbleitersubstrat emittierten Lumineszenzstrahlung bestimmt.In method step A, the charge carrier injection in the semiconductor substrate is preferably carried out by applying electrical voltage and / or electromagnetic radiation to the semiconductor substrate, and the generation rate and the differential carrier relaxation time are determined by measuring the luminescence radiation emitted by the semiconductor substrate.

Vorzugsweise erfolgt in Verfahrensschritt A eine zeitlich stetige, vorzugsweise stetig differenzierbare, Modulation der Ladungsträger-Injektion. Insbesondere ist es vorteilhaft, eine quasi-statische harmonische Zeitmodulation, vorzunehmen. In diesem Fall kann die differentielle Ladungsträger-Relaxationszeit τM,i als Phasenverschiebung zwischen Generationsrate und Überschussladungsträgerdichte bestimmt werden, analog zu dem in WO 2011/134602 beschriebenen Verfahren.Preferably, in step A, a temporally continuous, preferably continuously differentiable, modulation of the charge carrier injection takes place. In particular, it is advantageous to perform a quasi-static harmonic time modulation. In this case, the differential carrier relaxation time τ M, i can be determined as a phase shift between generation rate and excess carrier density, analogous to that in FIG WO 2011/134602 described method.

Weitere Vorteile und vorzugsweise Ausführungsformen werden nachfolgend anhand von 1 beschrieben.Further advantages and preferably embodiments are described below with reference to FIG 1 described.

1 zeigt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Fall eines stark nichtlinearen injektionsabhängigen Verlaufs der Ladungsträger-Lebensdauer - angelehnt an einen typischen injektionsabhängigen Verlauf der Ladungsträger-Lebensdauer in Silicium. 1 shows the application of the method according to the invention in the case of a highly nonlinear injection-dependent course of the carrier lifetime - based on a typical injection-dependent course of the carrier lifetime in silicon.

Zu dem tatsächlichen Lebensdauerverlauf τ0(Δn), in 1 in einer dünnen, durchgezogenen Linie dargestellt, wurde gemäß Gleichung 4 der WO 2011/134602 (die die Dynamik freier Ladungsträger in Silicium adäquat beschreibt) über einen numerischen finite Elemente Ansatz die zeitabhängige Überschussladungsträgerdichte zu zwei harmonisch zeitmodulierten Verläufen der Generationsrate freier Ladungsträger berechnet (Sinus-Modulationsfrequenz 3,42 Hz).At the actual life curve τ 0 (Δn), in 1 shown in a thin, solid line, was according to equation 4 of the WO 2011/134602 (which adequately describes the dynamics of free charge carriers in silicon) uses a numerical finite element approach to calculate the time-dependent excess charge carrier density for two harmonic time-modulated profiles of the free charge generation rate (sine modulation frequency 3.42 Hz).

Mittels eines in J.A. Giesecke et al., Phys. Stat. Sol. A 209, 2286 (2012) (dort insbesondere in 1) beschriebenen Verfahrens wurde darauf für beide harmonischen Zeitverläufe der Generationsrate jeweils injektionsabhängig der Zeitversatz zwischen Überschussladungsträgerdichte und Generationsrate bestimmt. Dieser Zeitversatz entspricht der injektionsabhängigen differentiellen Ladungsträger-Relaxationszeit τMM·G), die ebenfalls in 1 abgebildet ist (dreieckförmige Symbole). Die Ladungsträger-Relaxationszeit weicht im gewählten Beispiel deutlich von der tatsächlichen Ladungsträger-Lebensdauer ab. Aus der Ladungsträger-Relaxationszeit wurde anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens die tatsächliche Ladungsträger-Lebensdauer τ0(Δn) berechnet. Dabei wurde hier das Iterationsverfahren gemäß Formel 7 angewandt, das sich durch Verwendung des in Formel 1 gegebenen analytischen Zusammenhangs zur Berechnung der differentiellen Ladungsträger-Relaxationszeit unter Annahme einer tatsächlichen Ladungsträger-Lebensdauer auszeichnet.By means of an in JA Giesecke et al., Phys. Stat. Sol. A 209, 2286 (2012) (there in particular in 1 ) was determined for both harmonic time courses of the generation rate in each case injection-dependent, the time offset between excess charge carrier density and generation rate. This time offset corresponds to the injection-dependent differential charge carrier relaxation time τ MM × G), which is also shown in FIG 1 is shown (triangular symbols). The charge carrier relaxation time deviates significantly in the example chosen from the actual charge carrier lifetime. From the carrier relaxation time, the actual carrier lifetime τ 0 (Δn) was calculated using the method according to the invention. Here, the iteration method according to formula 7 was used, which is characterized by using the given in formula 1 analytical relationship for calculating the differential carrier relaxation time assuming an actual charge carrier lifetime.

Die resultierende tatsächliche Lebensdauer ist in 1 durch runde Symbole dargestellt, und wie daraus ersichtlich ist das erfindungsgemäße Verfahren demnach geeignet, den tatsächlichen (in der Simulation zugrunde gelegten) Verlauf der Ladungsträger-Lebensdauer bei allen interessierenden Überschussladungsträgerdichten korrekt abzubilden.The resulting actual life is in 1 represented by round symbols, and as can be seen, the method according to the invention is therefore suitable for correctly mapping the actual course of the charge carrier lifetime (based on the simulation) for all excess charge carrier densities of interest.

Ebenfalls in 1 abgebildet (durchgezogene dicke Linie) ist das Ergebnis einer Auswertung des simulierten Zeitverlaufs der Überschussladungsträgerdichte durch die selbstkonsistente Lösung der zeitabhängigen Kontinuitätsgleichung (Gleichung 4 der WO 2011/134602 ) gemäß eines in T. Trupke et al., Appl. Phys. Lett. 87, 184102 (2005) beschriebenen Verfahrens. Dieses Verfahren vermag die tatsächliche Ladungsträger-Lebensdauer jedoch nur aus dem relativen Zeitverlauf der Überschussladungsträgerdichte zu bestimmen. Für eine Bestimmung der tatsächlichen Lebensdauer aus reiner Phaseninformation, z.B. zugänglich über einen Lock-In Verstärker ist die selbstkonsistente Methode nicht geeignet.Also in 1 Shown (solid thick line) is the result of an evaluation of the simulated time course of the excess charge carrier density by the self - consistent solution of the time - dependent continuity equation (equation 4 of the WO 2011/134602 ) according to an in T. Trupke et al., Appl. Phys. Lett. 87, 184102 (2005) described method. However, this method can determine the actual carrier lifetime only from the relative time characteristic of the excess carrier density. For a determination of the actual lifetime from pure phase information, eg accessible via a lock-in amplifier, the self-consistent method is not suitable.

Gleiche Variablen bezeichnen im Zuge dieser Anmeldung gleiche physikalische Größen.Identical variables designate the same physical quantities in the course of this application.

Claims (14)

Verfahren zur Bestimmung der tatsächlichen Ladungsträger-Lebensdauer eines Halbleitersubstrates aus einer dynamischen und differentiellen Messung der Relaxationszeit freier Ladungsträger, folgende Verfahrensschritte umfassend: A Erzeugen einer ersten Überschussladungsträgerdichte Δn1 und mindestens einer zweiten Überschussladungsträgerdichte Δn2 in dem Halbleitersubstrat, wobei die erste Überschussladungsträgerdichte Δn1 unterschiedlich zur zweiten Überschussladungsträgerdichte Δn2 ist und dynamisches und differentielles Messen einer ersten Ladungsträger-Relaxationszeit τM,1 und einer ersten Generationsrate G1 in dem Halbleitersubstrat ausgehend von erster Überschussladungsträgerdichte Δn1 und mindestens einer zweiten Ladungsträger-Relaxationszeit τM,2 und mindestens einer zweiten Generationsrate G2 in dem Halbleitersubstrat ausgehend von der zweiten Überschussladungsträgerdichte Δn2, B Berechnen der tatsächlichen Ladungsträger-Lebensdauer τ0,i (i=1,2) bei der Überschussladungsträgerdichte Δni (i=1,2) abhängig von den in Verfahrensschritt A bestimmten Messgrößen τM,1, G1, τM,2 und G2, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt A die Ladungsträger-Relaxationszeit τM,i als charakteristische Relaxationszeit der Überschussladungsträgerdichte nach einer Änderung der Generationsrate Gi→ξ· Gi (i=1,2) , mit 0≤ξ≠1 gemessen wird, und dass in Verfahrensschritt B die tatsächliche Ladungsträger-Lebensdauer τ0,i (i=1,2) anhand eines analytischen Zusammenhangs zwischen τ0,i und den Messgrößen τM,i und Gi (i=1,2) bestimmt wird.A method for determining the actual carrier lifetime of a semiconductor substrate from a dynamic and differential measurement of the relaxation time of free charge carriers, comprising the following method steps: A generating a first excess carrier density Δn 1 and at least one second excess carrier density Δn 2 in the semiconductor substrate, wherein the first excess carrier carrier density Δn 1 is different to the second excess charge carrier density Δn 2 and dynamically and differentially measuring a first carrier relaxation time τ M, 1 and a first generation rate G 1 in the semiconductor substrate based on first excess carrier density Δn 1 and at least one second carrier relaxation time τ M, 2 and at least one second Generation rate G 2 in the semiconductor substrate from the second excess carrier density Δn 2 , B Calculating the actual carrier lifetime τ 0, i ( i = 1,2) at the excess charge carrier density Δn i (i = 1,2) depending on the measured quantities τ M, 1 , G 1 , τ M, 2 and G 2 determined in method step A, characterized in that in method step A the Charge carrier relaxation time τ M, i as a characteristic relaxation time of the excess charge carrier density after a change in the generation rate G i → ξ · G i (i = 1,2), with 0≤ξ ≠ 1 is measured, and that in step B, the actual charge carrier Lifetime τ 0, i (i = 1,2) is determined on the basis of an analytical relationship between τ 0, i and the measured quantities τ M, i and G i (i = 1,2). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt B die tatsächliche Ladungsträger-Lebensdauer τ0,i (i=1,2) abhängig von dem analytischen Zusammenhang gemäß Formel 1 τ M , i = τ 0, i 1 ξ G i d τ 0, i d Δ n | Δ n i ; ( i = 1,2 )
Figure DE102013202480B4_0009
berechnet wird, mit der bei der Generationsrate Gi vorliegenden rekursiv zu bestimmenden Überschussladungsträgerdichte Δni=Gi·τ0,i.
Method according to Claim 1 , characterized in that in process step B, the actual charge carrier lifetime τ 0, i (i = 1,2) depending on the analytical context according to formula 1 τ M . i = τ 0 i 1 - ξ G i d τ 0 i d Δ n | Δ n i ; ( i = 1.2 )
Figure DE102013202480B4_0009
is calculated with the present at the generation rate G i recursively determined excess charge carrier density Δn i = G i · τ 0, i .
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt B die tatsächliche Ladungsträger-Lebensdauer zumindest für die in Anspruch 1 spezifizierten Arbeitspunkte Δni als linear abhängig von der Überschussladungsträgerdichte Δn angenommen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in process step B, the actual charge carrier lifetime at least for in Claim 1 specified operating points Δn i as linearly dependent on the excess carrier density Δn is assumed. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gleichungssystem basierend auf Formel 1 und Formel 2 zur Bestimmung der unbekannten Größen τ0,i (i=1,2) und k gelöst wird.Method according to Claim 3 , characterized in that a system of equations based on formula 1 and formula 2 for the determination of the unknown quantities τ 0, i (i = 1,2) and k is solved. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt B eine iterative Bestimmung der tatsächlichen Ladungsträger-Lebensdauer τ0,i erfolgt. Method according to one of Claims 1 to 2 , characterized in that in step B, an iterative determination of the actual carrier lifetime τ 0, i takes place. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Iterationsstart j=0 die tatsächliche Lebensdauer τ0,i,j=0 mit der differentiell gemessenen Ladungsträger-Relaxationszeit τM,i gleichgesetzt wird, dass für jeden Iterationsschritt j > 0 eine fiktive differentielle Lebensdauer τM,i,j bestimmt wird, dass für jeden Iterationsschritt j >0 eine Abschätzung der tatsächlichen Lebensdauer τ0,i,j+1 erfolgt, mit einem Faktor ε>0, und dass die Iteration fortgesetzt wird, bis ein vorgegebenes Abbruchkriterium erfüllt ist.Method according to Claim 5 , characterized in that for an iteration start j = 0 the actual lifetime τ 0, i, j = 0 is set equal to the differentially measured carrier relaxation time τ M, i , that for each iteration step j> 0 a fictitious differential lifetime τ M, i, j it is determined that for each iteration step j> 0 an estimate of the actual lifetime τ 0, i, j + 1 is made, with a factor ε> 0, and that the iteration continues until a predetermined termination criterion is met. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt A bei mindestens einer dritten Überschussladungsträgerdichte eine Generationsrate und eine differentielle Lebensdauer gemessen wird.Method according to one of Claims 5 to 6 , characterized in that in step A at least a third excess charge carrier density, a generation rate and a differential lifetime is measured. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenneichnet, dass bei n verschiedenen Überschussladungsträgerdichten Δni, (i=1,...,n) jeweils eine Generationsrate Gi und eine differentielle Ladungsträger-Relaxationszeit τM,i gemessen wird. Method according to Claim 7 , characterized in that at n different excess carrier densities Δn i , (i = 1, ..., n) in each case a generation rate G i and a differential carrier relaxation time τ M, i is measured. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt A die Ladungsträgerinjektion in dem Halbleitersubstrat mittels beaufschlagen des Halbleitersubstrates mit elektrischer Spannung und/oder mit elektromagnetischer Strahlung erfolgt und dass die Generationsrate und die differentielle Ladungsträger-Relaxationszeit mittels Messen der vom Halbleitersubstrat emittierten Lumineszenzstrahlung bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step A, the charge carrier injection in the semiconductor substrate by applying the semiconductor substrate with electrical voltage and / or with electromagnetic radiation and that the generation rate and the differential carrier relaxation time by measuring the emitted from the semiconductor substrate luminescence is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt A die differentielle Messung der Ladungsträger-Relaxationszeit τM,i jeweils nach einer abrupten und endlichen Änderung der Generationsrate Gi→ξ· Gi erfolgt.Method according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that in step A, the differential measurement of the carrier relaxation time τ M, i respectively after an abrupt and finite change of the generation rate G i → ξ · G i occurs. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt A eine zeitlich stetige (vorzugsweise stetig differenzierbare) Modulation der Ladungsträgerinjektion erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step A, a temporally continuous (preferably continuously differentiable) modulation of the charge carrier injection takes place. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulation der Ladungsträgerinjektion als eine harmonische und quasi-statische Zeitmodulation erfolgt.Method according to Claim 11 , characterized in that the modulation of the charge carrier injection takes place as a harmonic and quasi-static time modulation. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die differentielle Ladungsträger-Relaxationszeit τM,i als Phasenverschiebung zwischen Generationsrate und Überschussladungsträgerdichte bestimmt wird.Method according to Claim 12 , characterized in that the differential carrier relaxation time τ M, i is determined as a phase shift between generation rate and excess charge carrier density. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt A die Ladungsträger-Relaxationszeit τM,i als charakteristische Relaxationszeit der Überschussladungsträgerdichte nach einer Änderung der Generationsrate Gi→ξ· Gi (i=1,2) mit einem Biaslichtparameter ξ<1 gemessen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step A, the carrier relaxation time τ M, i as a characteristic relaxation time of the excess charge carrier density after a change in the generation rate G i → ξ · G i (i = 1,2) with a bias light parameter ξ <1 is measured.
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