RU2064714C1

RU2064714C1 - Infrared spectrometry method

Info

Publication number: RU2064714C1
Authority: RU
Inventors: Валерий Васильевич Овчинников
Original assignee: Валерий Васильевич Овчинников
Priority date: 1992-07-14
Filing date: 1992-07-14
Publication date: 1996-07-27

Abstract

FIELD: semiconductor materials technology. SUBSTANCE: infrared spectrometry of surface layer of conductors involves bringing semiconductor plate surface being analyzed in contact with electrolyte solution; current through specimen-electrolyte circuit is adjusted, and radiation absorption is determined by change in breakdown voltage of volume charge region in semiconductor at fixed density of anode current for n-type semiconductor. EFFECT: provision for obtaining profiles of changes in spectra by thickness of semiconductor specimens.

Description

Изобретение относится к области полупроводникового материаловедения и представляет собой способ ИК-спектроскопии приповерхностного слоя полупроводников. The invention relates to the field of semiconductor materials science and is a method of infrared spectroscopy of the surface layer of semiconductors.

Способ может быть использован для ИК-спектроскопии полупроводников и получения профилей изменения спектров по толщине образцов полупроводника. The method can be used for infrared spectroscopy of semiconductors and to obtain profiles of spectral changes along the thickness of semiconductor samples.

Исследование уровня техники показало, что известны два основных способа ИК-спектроскопии, основанные на изучении поглощения путем измерения коэффициента отражения или пропускания ИК-излучения образцом (С.Зи, Физика полупроводниковых приборов, -М. Мир, 1984, т.2, с. 347). The study of the prior art showed that two main methods of IR spectroscopy are known, based on the study of absorption by measuring the reflection coefficient or transmittance of infrared radiation by a sample (S. Zi, Physics of Semiconductor Devices, M. Mir, 1984, v. 2, p. 347).

Известен способ ИК-спектроскопии (там же, стр.347), включающий освещение пластины полупроводника ИК-излучением с изменяющейся длиной волны и излучение поглощения путем измерения коэффициента пропускания излучения. A known method of IR spectroscopy (ibid., P. 347), which includes illuminating a semiconductor wafer with IR radiation with a changing wavelength and absorption radiation by measuring the transmittance of radiation.

Недостатком указанного способа является затрудненность анализа массивных образцов, обладающих существенным поглощением, или пленочных образцов на подложке, поглощающей излучение используемой длины волны. Кроме того, способ не позволяет получать информацию о свойствах приповерхностного слоя полупроводника. The disadvantage of this method is the difficulty in analyzing bulk samples with significant absorption, or film samples on a substrate that absorbs radiation of the used wavelength. In addition, the method does not allow to obtain information about the properties of the surface layer of the semiconductor.

Известен также способ ИК-спектроскопии (там же, стр.347), включающий освещение пластины полупроводника ИК-излучения с изменяющейся длиной волны и изучение поглощения путем измерения коэффициента отражения. Also known is a method of IR spectroscopy (ibid., P. 347), which includes illuminating a wafer of a semiconductor infrared radiation with a changing wavelength and studying the absorption by measuring the reflection coefficient.

Однако, недостатком метода является малая величина измеряемого сигнала с внешнего фотодетектора, что осложняет регистрацию этого сигнала. However, the disadvantage of this method is the small size of the measured signal from an external photodetector, which complicates the registration of this signal.

Изобретение позволяет облегчить регистрацию излучения, т.к. фотодетектором в нем служит сам исследуемый образец, а также позволяет измерять непосредственно поглощение излучения в тонком приповерхностном слое полупроводника, что в сочетании с процессом электрохимического травления позволяет получать профили характеристик поглощения ИК-излучения по толщине образца. EFFECT: invention makes it easier to register radiation, since the studied sample serves as the photodetector in it, and also allows you to directly measure the absorption of radiation in a thin surface layer of the semiconductor, which in combination with the process of electrochemical etching allows you to obtain profiles of the absorption characteristics of infrared radiation over the thickness of the sample.

Способ ИК-спектроскопии заключается в том, что пластину полупроводника исследуемой поверхностью приводят в контакт с раствором электролита, задают ток в цепи образец-электролит, а о поглощении излучения судят по изменению напряжения пробоя области объемного заряда в полупроводнике при фиксированной плотности анодного тока для полупроводника n-типа или катодного тока для полупроводника p-типа проводимости. The method of IR spectroscopy is that the semiconductor wafer is brought into contact with the electrolyte solution, the current in the sample-electrolyte circuit is set, and the absorption of radiation is judged by the change in the breakdown voltage of the space charge region in the semiconductor at a fixed anode current density for semiconductor n -type or cathode current for a p-type semiconductor.

При этом на величину напряжения пробоя области объемного заряда оказывает влияние поглощение излучения в этой области, толщина которой составляет для полупроводников с концентрацией основных носителей заряда 10¹⁵-10¹⁸см^-3 10 1000 нм. При поглощении излучения происходит генерация электронно-дырочных пар, что снижает ширину области объемного заряда и ее напряжение пробоя.Moreover, the breakdown voltage of the space charge region is affected by the absorption of radiation in this region, the thickness of which is 10 ¹⁵ -10 ¹⁸ cm ^-3 10 1000 nm for semiconductors with a concentration of the main charge carriers. When radiation is absorbed, electron-hole pairs are generated, which reduces the width of the space charge region and its breakdown voltage.

Пример. Пластину GaAs, n= 1•10¹⁸см^-3 с эпитаксиальным слоем GaAs, n= 1•10¹⁶см^-3 приводят в контакт с электролитом со стороны эпитаксиального слоя, устанавливают анодный ток плотностью 0,1 мА/см² и с помощью монохроматора освещают эпитаксиальный слой ИК-излучением длиной волны, линейно изменяющейся в диапазоне 0,8 10,0 мкм со скоростью 1 мкм/сек. При этом о поглощении излучения судят по изменению анодного напряжения, в которое аддитивно входит напряжение пробоя области объемного заряда.Example. A GaAs plate, n = 1 • 10 ¹⁸ cm ^-3 with an epitaxial GaAs layer, n = 1 • 10 ¹⁶ cm ^{-3 is} brought into contact with the electrolyte from the side of the epitaxial layer, the anode current with a density of 0.1 mA / cm ^{2 is set} and using monochromator illuminate the epitaxial layer with IR radiation with a wavelength that varies linearly in the range of 0.8 to 10.0 μm with a speed of 1 μm / sec. In this case, the absorption of radiation is judged by the change in the anode voltage, into which the breakdown voltage of the space charge region is additively included.

Изобретение в сочетании с анодным травлением или окислением образца в электролите позволяет также определять профили изменения спектров поглощения по толщине образца. The invention, in combination with anodic etching or oxidation of a sample in an electrolyte, also makes it possible to determine the profiles of changes in the absorption spectra over the thickness of the sample.

Claims

A method of infrared spectroscopy of semiconductors, including illumination of a semiconductor wafer with IR radiation with a varying wavelength and indirect measurement of absorption by the spectral dependence of a given parameter, characterized in that the semiconductor wafer with the test surface is brought into contact with an electrolyte solution, the current in the sample-electrolyte circuit is set, and subjected to irradiation, and the breakdown voltage of the space charge region in the semiconductor at a fixed anode current density for oluprovodnika n-type or a cathode current for a semiconductor p-type conductivity.