RU2079853C1 - Method of measurement of electrophysical parameters of semiconductor materials - Google Patents
Method of measurement of electrophysical parameters of semiconductor materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2079853C1 RU2079853C1 RU93045035A RU93045035A RU2079853C1 RU 2079853 C1 RU2079853 C1 RU 2079853C1 RU 93045035 A RU93045035 A RU 93045035A RU 93045035 A RU93045035 A RU 93045035A RU 2079853 C1 RU2079853 C1 RU 2079853C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sample
- concentration
- traps
- carriers
- equilibrium
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике. The invention relates to measuring equipment.
Известен способ неразрушающих измерений параметров ловушек в полупроводниках, заключающийся в измерении интенсивности оптических спектров поглощения [1] Способ основан на поглощении квантов света при стимулировании переходов примесь зона, либо зона зона. К недостаткам способа относятся низкая чувствительность и, как следствие, неудовлетворительная разрешающая способность (локальность 1 мм). В случае ловушек, находящихся в нейтральном состоянии, пороговая концентрация обнаруживаемой примеси превышает 1016 1017 см-3, что связано с малым сечением фотоионизации примеси. В случае переходов примесь-зона порог чувствительности [2] не превышает 1017 см-3. В случае глубокой примеси обнаружительная способность 1016 см-3.A known method of non-destructive measurement of the parameters of traps in semiconductors, which consists in measuring the intensity of the optical absorption spectra [1] The method is based on the absorption of light quanta when stimulating transitions, an impurity band, or a band zone. The disadvantages of the method include low sensitivity and, as a result, poor resolution (
Известен способ определения параметров ловушек в полупроводниковых материалах, основанный на нестационарной спектроскопии глубоких уровней (ГУ), в процессе которой возбуждение ГУ осуществляется подачей на тестовую ячейку импульсов электрического напряжения [3] Образец для исследований изготавливают в виде емкостной ячейки, содержащей полевой электрод и омический контакт. Измерения осуществляют в следующей последовательности. Охлаждают образец до температуры в процессе его квазиравновесного нагревания на полевой электрод подают периодическую систему импульсов обеднения и обогащения, регистрируя в период обеднения изменения емкости во времени; при этом время, в течение которого регистрируются изменения емкости, а также момент начала регистрации выбирают соответствующими максимумам изменения емкости а текущая температура образца является параметром, изменяющим соотношение между длительностью "временного окна" и характерными временами генерационно-рекомбинационных процессов, протекающих с участием измеряемых ловушек, обуславливающих динамику процесса изменения емкости.A known method for determining the parameters of traps in semiconductor materials, based on non-stationary spectroscopy of deep levels (GU), in which the excitation of GU is carried out by applying voltage pulses to the test cell [3] The test sample is made in the form of a capacitive cell containing a field electrode and an ohmic contact . Measurements are carried out in the following sequence. Cool the sample to a temperature in the process of its quasi-equilibrium heating, a periodic system of impulse and enrichment pulses is fed to the field electrode, recording changes in capacity over time during the depletion period; the time during which the changes in the capacitance are recorded, as well as the moment of the beginning of the registration, are selected corresponding to the maxima of the capacitance changes and the current temperature of the sample is a parameter that changes the relationship between the duration of the “time window” and the characteristic times of the generation-recombination processes taking place with the participation of measured traps causing the dynamics of the process of changing capacity.
Недостатком способа является то обстоятельство, что он относится к разрушающим методам, так как для проведения измерений требуется изготовить на образце барьерный и омический контакты. Кроме того, при диагностике приборных структур на полуизолирующих подложках из-за необходимости изготовить планарный омический контакт локальность способа неудовлетворительна (- 1 мм). И наконец, диагностировать полуизолирующие материалы указанным методом практически невозможно. The disadvantage of this method is the fact that it relates to destructive methods, since for measurements it is necessary to produce barrier and ohmic contacts on the sample. In addition, when diagnosing instrument structures on semi-insulating substrates, due to the need to produce a planar ohmic contact, the locality of the method is unsatisfactory (-1 mm). And finally, it is almost impossible to diagnose semi-insulating materials using this method.
Из неразрушающих методов определения концентрации равновесных носителей в полупроводниковых материалах известен способ, основанный на поглощении длинноволнового излучения свободными носителями [4] Способ позволяет однако производить количественные измерения только при использовании эталонных образцов и используется поэтому лишь при контроле распределения легирования в плоскости пластины. Of non-destructive methods for determining the concentration of equilibrium carriers in semiconductor materials, a method is known based on the absorption of long-wavelength radiation by free carriers [4]. The method allows, however, to carry out quantitative measurements only when using reference samples and is therefore used only to control the distribution of doping in the plane of the wafer.
Целью предлагаемого изобретения является реализация способа неразрушающих измерений электрофизических параметров полупроводниковых и полуизолирующих материалов, позволяющего определять параметры глубоких уровней, их распределения в плоскости и по глубине пластины, а также абсолютных измерений концентрации свободных носителей в полупроводниках и их распределения в плоскости пластины. The aim of the invention is the implementation of a method of non-destructive measurements of the electrophysical parameters of semiconductor and semi-insulating materials, which allows to determine the parameters of deep levels, their distribution in the plane and depth of the plate, as well as the absolute measurements of the concentration of free carriers in semiconductors and their distribution in the plane of the plate.
Поставленная цель достигается тем, что при измерениях параметров ловушек квазиравновесно нагреваемый образец размещают между обкладками плоского конденсатора, а контролируемый участок образца облучают светом (ℏν>Eд) изменяющимся во времени по периодическому закону с периодом и регистрируют зависимость от времени и от температуры величин U1(t) и пропорциональных току через конденсатор и среднему току, протекающему через конденсатор за время при этом регистрирующие приборы к контролируемым цепям подключаются через усилитель, а средний ток определяется по формуле
где
I0 максимальный фототок через образец, τp время жизни носителей на ловушках, t текущее время, tи длительность светового импульса, затем определяют температуру соответствующую максимальной величине после чего устанавливают другой период модуляции излучения регистрируют соответствующую зависимость и определяют температуру отвечающую максимальной величине затем для изолирующих и полуизолирующих образцов с концентрацией глубоких центров Nt, превышающей концентрацию равновесных носителей U0, увеличивают интенсивность облучения до величины, соответствующей максимальной величине U* сигнала U(t), а для образцов с концентрацией ловушек Nt, меньшей концентрации равновесных носителей n0 (для полупроводников), монотонно увеличивают мощность облучения до величины P*, при которой постоянная времени релаксации τo становится зависимой от интенсивности облучения, затем рассчитывают по формулам время жизни носителей на ловушках при температурах энергию ловушек
сечение захвата ловушек
концентрацию ловушек
концентрацию равновесных носителей
при этом а используемые обозначения имеют следующий смысл: Vт тепловая скорость носителей, U
В случаях, когда концентрация носителей в образцах превышает концентрацию ловушек, а длительность возбуждающего импульса света превышает время релаксации измерительной системы и системы ловушек, при изменении интенсивности излучения регистрируют ту ее величину, которая отвечает моменту начала изменения постоянной времени релаксации фотопотенциала от интенсивности облучения и затем по приведенной выше формуле рассчитывают концентрацию свободных (равновесных) носителей.This goal is achieved by the fact that, when measuring the parameters of traps, a quasi-equilibrium heated sample is placed between the plates of a flat capacitor, and the controlled portion of the sample is irradiated with light (ℏν> E d ) which varies in time according to a periodic law with a period and register the dependence on time and temperature of the quantities U 1 (t) and proportional to the current through the capacitor and the average current flowing through the capacitor over time at the same time, recording devices are connected to controlled circuits through an amplifier, and the average current determined by the formula
Where
I 0 the maximum photocurrent through the sample, τ p the lifetime of the carriers in the traps, t the current time, t and the duration of the light pulse, then determine the temperature corresponding to the maximum value then set a different period of radiation modulation register the corresponding dependence and determine the temperature corresponding to the maximum value then, for insulating and semi-insulating samples with a concentration of deep centers N t exceeding the concentration of equilibrium carriers U 0 , the radiation intensity is increased to a value corresponding to the maximum value U * of the signal U (t), and for samples with a concentration of traps N t lower than the concentration of equilibrium carriers n 0 (for semiconductors) monotonically increase the irradiation power to a value of P * , at which the relaxation time constant τ o becomes dependent on the irradiation intensity, then calculated by the formulas lifetime of carriers in traps at temperatures trap energy
trap capture section
concentration of traps
concentration of equilibrium carriers
wherein and the notation used has the following meaning: V t is the thermal velocity of the carriers, U
In cases where the carrier concentration in the samples exceeds the concentration of traps, and the duration of the exciting light pulse exceeds the relaxation time of the measuring system and the trap system, when its radiation intensity is changed, its value is recorded that corresponds to the moment of the beginning of the change in the relaxation time constant of the photopotential from the radiation intensity and then the above formula calculates the concentration of free (equilibrium) carriers.
В случаях приложения к обкладкам плоского концентратора электрического поля (напряжение U0) при проведении описанных выше процедур определяет глубину диагностируемой области в зависимости от величины и полярности напряжения U0 по формуле (5)
где
lE эффективная длина экранирования (глубина зондирования),
E0 величина напряженности поля в конденсаторе, , lэ - длина дебаевского экранирования; в случае наличия глубоких доноров и компенсирующих акцепторов эффективная длина экранирования равна
Неразрушающий характер измерений обусловлен бесконтактным способом измерения тока через образец, связанного с фотопотенциалом, изменяющимся периодически во времени, а отсутствие контактов повышает локальность измерений.In cases of application to the plates of a flat concentrator of an electric field (voltage U 0 ) during the above procedures determines the depth of the diagnosed area depending on the magnitude and polarity of the voltage U 0 according to the formula (5)
Where
l E effective shielding length (sounding depth),
E 0 the value of the field strength in the capacitor, , l e - the length of the Debye screening; in the case of deep donors and compensating acceptors, the effective screening length is
The non-destructive nature of the measurements is due to the non-contact way of measuring the current through the sample, associated with the photopotential, which varies periodically in time, and the absence of contacts increases the locality of the measurements.
Схема измерения (рис.1) включает:
образец 1, измерительный конденсатор 2, источник света 3 (ℏ•ν> Eg), блок питания 4, широкополосный усилитель 5, синхродетектор 6, термостат 7, датчик температуры 8, графопостроителе 9 и 12, стробоскопический усилитель-преобразователь 10, сканирующее устройство для образца 11, источник внешнего поля 13.The measurement scheme (Fig. 1) includes:
Измерения проводятся по следующей схеме (процедуре). Measurements are carried out according to the following scheme (procedure).
Образец 1 помещают между обкладками измерительного конденсатора 2, одна из обкладок которого прозрачна для излучения, и через нее облучают измеряемый участок образца электромагнитным излучением от источника 3 с изменяющейся интенсивностью с периодом частота следования импульсов света). Напряжение, возникающее на входе усилителя, пропорциональное току, протекающему через образец, усиливается широкополосным усилителем 5 и соответствующий сигнал преобразуется стробоскопическим усилителем-преобразователем 10 и подается на вход "y" графопостроителя 9; на вход "x" графопостроителя 9 подается сигнал временной развертки стробоскопического преобразователя 10. Параллельно сигнал с выхода широкополосного усилителя 5 подается на вход синхродетектора 6, а с его выхода сигнал ставший пропорциональным среднему току, протекающему через образец за период подается на вход "y" второго графопостроителя 12, на вход "x" которого подается сигнал, пропорциональный температуре образца, формируемый датчиком 8.
Заметим, для измерений временных и температурных зависимостей можно использовать один и тот же графопостроитель, так как процедура измерений допускает как параллельное, так и последовательное проведение временного и температурного цикла измерений; при этом, в случае выбора последовательного варианта измерений, на вход "x" графопостроителя коммутируются соответственно выход временной развертки стробоскопического усилителя 10, либо сигнал с датчика температуры 8. Note that the same plotter can be used to measure time and temperature dependencies, since the measurement procedure allows both parallel and sequential time and temperature measurement cycles; in this case, in the case of choosing a sequential measurement option, the time-sweep output of the stroboscopic amplifier 10, or a signal from the
В процессе измерений энергетических параметров ловушек производятся квазиравновесный нагрев образца и регистрация сигнала с выхода синхродетектора 6 для двух различных периодов возбуждения а затем, используя значения а также равенства по формулам для Et и σt рассчитываем энергию ГУ и сечение захвата.In the process of measuring the energy parameters of the traps, quasi-equilibrium heating of the sample and registration of the signal from the output of the synchrodetector are performed 6 for two different periods of arousal and then using the values as well as equality according to the formulas for E t and σ t, we calculate the GI energy and the capture cross section.
Для измерения концентрации производим монотонное изменение интенсивности импульсов облучения. При этом, в случае полуизоляторов (Nt > n0) увеличиваем интенсивность облучения до величины, соответствующей максимальной величине фотосигнала (до "насыщения"), и рассчитываем концентрацию ловушек по формуле для Nt. При измерении концентрации свободных носителей (равновесных) для случая Nt < n0 измеряем время релаксации в условиях слабых возбуждений (линейный режим рекомбинации), затем, увеличивая монотонно интенсивность облучения, регистрируем ту величину мощности облучения P*, при которой постоянная времени релаксации соответственного импульса фотопотенциала начинает зависеть от интенсивности облучения, и определяем концентрацию равновесных носителей по формуле для n0.To measure the concentration, we produce a monotonic change in the intensity of the irradiation pulses. Moreover, in the case of semi-insulators (N t > n 0 ), we increase the irradiation intensity to a value corresponding to the maximum value of the photo signal (to “saturation”), and calculate the concentration of traps according to the formula for N t . When measuring the concentration of free carriers (equilibrium) for the case N t <n 0, we measure the relaxation time under conditions of weak excitations (linear recombination mode), then, increasing the irradiation monotonously, we register the irradiation power P * at which the relaxation time constant of the corresponding pulse the photopotential begins to depend on the intensity of irradiation, and we determine the concentration of equilibrium carriers by the formula for n 0 .
В основе метода лежит физический эффект, связанный с генерационно-рекомбинационными процессами в полупроводнике, с участием глубоких уровней, в условиях возбуждения неравновесных носителей в образце световыми импульсами. Падающий на образец свет проникает на глубину α-1 ( a коэффициент поглощения света образцом); при этом в области α-1 будет преобладать тот тип носителей, у которого больше время рекомбинации, что следует из справедливости стационарного уравнения
В процессе диффузии и самоиндуцированного дрейфа носителей, а также дрейфа их в приповерхностном "контактном" электрическом поле (на границе раздела полупроводник/воздух), доминирующие неравновесные носители распространяются вглубь образца, существенно меняя картину равновесной заселенности глубоких уровней на длине дебаевского экранирования, либо на эффективной длине дебаевского экранирования (при наличии внешнего поля) и создавая объемный заряд. В результате за время освещения импульсом АДБ (рис. 2а) образуется дрейфово-диффузионный потенциал ΦmDE (рис. 2б), приводящий при модулированном во времени освещении (облучении) к изменению во времени поверхностного потенциала ΦDE (рис. 2в). Последний изменяется от максимальной величины Φm соответствующей моменту окончания импульса облучения, до величины Φo соответствующей моменту окончания времени задержки между световыми импульсами. Эта вариация потенциала δΦ= Φm-Φo создает во внешней цепи ток δj=δΦ/Z, где Z Zi + Zn есть сумма сопротивлений измерительной емкости Zi и импеданса образца Zn. При наличии ловушек динамика изменений поверхностного потенциала определяется их энергией и сечением захвата, а при больших интенсивностях облучения и концентрацией неравновесных носителей. При этом можно показать, что функция аппаратно реализующаяся в представленной схеме измерения (имеется в виду режим синхродетектирования), будет иметь максимум при равенстве времени релаксации фотопотенциала и длительности периода следования импульсов световых f
In the process of diffusion and self-induced drift of carriers, as well as their drift in a near-surface “contact” electric field (at the semiconductor / air interface), the dominant nonequilibrium carriers propagate deep into the sample, significantly changing the equilibrium population of deep levels along the Debye screening length, or on the effective the length of the Debye screening (in the presence of an external field) and creating a space charge. As a result, during the illumination by the ADB pulse (Fig. 2a), the drift-diffusion potential Φ mDE (Fig. 2b) is formed, which, under time-modulated illumination (irradiation), changes in the surface potential Φ DE in time (Fig. 2c). The latter varies from the maximum value Φ m corresponding to the end of the irradiation pulse, to Φ o corresponding to the end of the delay time between the light pulses. This variation of the potential δΦ = Φ m -Φ o creates a current δj = δΦ / Z in the external circuit, where ZZ i + Z n is the sum of the resistances of the measuring capacitance Z i and the impedance of the sample Z n . In the presence of traps, the dynamics of changes in the surface potential is determined by their energy and capture cross section, and at high irradiation intensities and the concentration of nonequilibrium carriers. Moreover, it can be shown that the function hardware implemented in the presented measurement scheme (meaning the synchrodetection mode), will have a maximum if the relaxation time of the photopotential and the duration of the repetition period of light pulses f
При tи< f
и .For t and <f
and .
При измерениях концентрации ГУ предпочтительно реализовать следующие соотношения между импедансами измерительной емкости Zc, входным сопротивлением усилителя 5 Zвх и сопротивлением растекания и объемным сопротивлением измеряемого образца Zn: Zc>>Zn>>Zвх. Несложно показать, что упомянутые соотношения между указанными импедансами реализуются в области частот повторения импульсов возбуждения (102 106 Гц) и при характерных размерах зазора между образцом и полупрозрачной обкладкой емкости 0,1 1,0 мм и ее линейным размером 1 мм. В этом случае между величиной фотоЭДС и напряжением на входе усилителя справедливо следующее соотношение:
Эквивалентная схема измерения показана на фиг. 4.When measuring the concentration of PG, it is preferable to implement the following relations between the impedances of the measuring capacitance Z c , the input impedance of the amplifier 5 Z in and spreading resistance and the volume resistance of the measured sample Z n : Z c >> Z n >> Z in . It is easy to show that the aforementioned relations between the indicated impedances are realized in the region of repetition frequencies of the excitation pulses (10 2 10 6 Hz) and with the characteristic dimensions of the gap between the sample and the translucent lining of the capacitance 0.1 1.0 mm and its
An equivalent measurement circuit is shown in FIG. 4.
Тогда, так как f
Учитывая что , имеем
Отсюда окончательно имеем
Значит, для произведения концентрации ловушек на степень их заполнения можно написать следующее соотношение:
При определении концентрации свободных равновесных носителей n0 (случай Nt<n0) предлагаемый подход основан на следующем соотношении для стационарной концентрации неравновесных носителей: Δnст.= τ•β•I•α-1.Then, since f
Given that , we have
From here we finally have
So, for the product of the concentration of traps by the degree of their filling, we can write the following relation:
When determining the concentration of free equilibrium carriers n 0 (case N t <n 0 ), the proposed approach is based on the following relation for the stationary concentration of nonequilibrium carriers: Δn Art. = τ • β • I • α -1 .
При малых уровнях возбуждения (Δn<no) реализуется линейный режим рекомбинации и τ является постоянной величиной. В случае больших интенсивностей возбуждения (Δn>no)τ становится функцией концентрации неравновесных носителей и уменьшается при дальнейшем увеличении интенсивности облучения, рис.3б. Таким образом существует критическая величина, при превышении которой τ перестает быть постоянной величиной. Такая величина P* соответствует ситуации, при которой концентрация неравновесных носителей становится равной концентрации равновесных носителей, Dnст.= no.
Отсюда для равновесной концентрации следует соотношение:
где P* мощность светового облучения равная критической (пороговой) величине, β квантовая эффективность, t время жизни ловушек в возбужденном состоянии, ℏ постоянная Планка, ν частота электромагнитного излучения (ℏ•ν энергия кванта света), a коэффициент поглощения света образцом, Dx линейный размер пятна светового зонда.At low excitation levels (Δn <n o ), a linear recombination regime is realized and τ is a constant. In the case of high excitation intensities (Δn> n o ), τ becomes a function of the concentration of nonequilibrium carriers and decreases with a further increase in the irradiation intensity, Fig.3b. Thus, there is a critical value, above which τ ceases to be a constant value. Such a value of P * corresponds to a situation in which the concentration of nonequilibrium carriers becomes equal to the concentration of equilibrium carriers, Dn Art. = n o .
From here for the equilibrium concentration follows the ratio:
where P * is the light irradiation power equal to the critical (threshold) value, β is the quantum efficiency, t is the lifetime of the traps in the excited state,, is the Planck constant, ν is the frequency of electromagnetic radiation (ℏ • ν is the quantum energy of light), and the light absorption coefficient is sample, Dx is linear spot size of the light probe.
Заметим, поверхностный потенциал способствует разделению дырок и электронов: дырки в поле поверхностного потенциала устремляются к поверхности и рекомбинируют с большой скоростью на ее множественных дефектах, усиливая корректность монополярного представления задачи. Учет контактного потенциала не влияет на энергетику ловушек и практически не влияет на темп захвата на ГУ, а будет определять только толщину диагностируемого слоя. А так как предложенный выше способ определения концентрации ГУ является оценкой "снизу", а истинная толщина зондируемого слоя не α-1, а равен длине экранирования, то способ точности оценки повышается и не хуже 2 раз.Note that the surface potential facilitates the separation of holes and electrons: holes in the field of the surface potential rush to the surface and recombine at high speed on its multiple defects, enhancing the correctness of the monopolar representation of the problem. Taking into account the contact potential does not affect the energy of traps and practically does not affect the capture rate at the GU, but will determine only the thickness of the diagnosed layer. And since the method for determining the concentration of PG proposed above is an estimate from below, and the true thickness of the probed layer is not α -1 , but equal to the screening length, the method of estimation accuracy increases and is no worse than 2 times.
Примеры измерений. Examples of measurements.
(а). Устанавливаем образец (Nt>n0, полуизолирующая подложка арсенида галлия) в измерительный конденсатор 2 и облучаем его импульсами света с , с периодом 100 мкс (период повторения импульсов) и длительностью 10 мкс. Монотонно увеличивает температуру образца и регистрируем U(t) и (кривые 1, 2 рис. 5а,б).(a). We install a sample (N t > n 0 , a semi-insulating gallium arsenide substrate) in the measuring
Повторяем эту процедуру при периоде следования импульсов света 300 мкс и получаем кривые 3 и 4 рис.5аб. Используя полученные выше соотношения для Et и σt, определяем энергию и сечение захвата ловушек.We repeat this procedure with a light pulse repetition period of 300 μs and obtain
В результате измерений получено:
Используя вышеприведенные соотношения, получаем:
(отсчет ведется от Ec).As a result of measurements obtained:
Using the above relations, we obtain:
(counting is from E c ).
Увеличивая интенсивность облучения, регистрируем максимальную величину фотопотенциала, U
Nt oCNt 5•1015 см-3.Increasing the irradiation intensity, we record the maximum photopotential, U
N t o CN t 5 • 10 15 cm -3 .
(б). Устанавливаем образец (n0>Nt) полупроводниковой структуры в измерительную емкость, монотонно увеличиваем амплитуду импульсов облучения, измеряя при этом время релаксации τ импульсов фотопотенциала, и регистрируем ту величину мощности облучения P*, при которой величина времени релаксации становится зависящей от интенсивности облучения. Измерено: пороговая световая мощность 1,1•10-4 Вт, время релаксации to на участке с линейной рекомбинацией 2 мс (рис. 6, 1, 2). Используя полученную выше формулу для определения n0, получаем для равновесной концентрации значения 4•1015 см-3. Контрольные измерения образа с использованием метода ВФХ дали для концентрации свободных носителей значение 4,4•1015 см-3.(b) We install a sample (n 0 > N t ) of the semiconductor structure in the measuring capacitance, monotonically increase the amplitude of the irradiation pulses, measuring the relaxation time τ of the photopotential pulses, and record the irradiation power P * at which the relaxation time becomes dependent on the irradiation intensity. Measured: threshold light power 1.1 • 10 -4 W, relaxation time t o in the area with
На рис. 7 представлены результаты измерений заявляемым методом полуизолирующей подложки арсенида галлия, содержащей один акцепторный центр: Et 0,82 эВ, σt=10-13 см2, Nt 4•1014 см-3, τo= 0,6 мс.
На рис.8 представлены результаты измерений полуизолирующей подложки арсенида галлия, содержащей донорный и акцепторный глубокие центры:
Источники информации, использованные при составлении заявки
1. W. Kohn. Sol. State Phys. v.5, p.257 (1957).In fig. 7 presents the measurement results of the inventive method of a semi-insulating substrate of gallium arsenide containing one acceptor center: E t 0.82 eV, σ t = 10 -13 cm 2 ,
Figure 8 shows the results of measurements of the semi-insulating gallium arsenide substrate containing donor and acceptor deep centers:
Sources of information used in the preparation of the application
1. W. Kohn. Sol. State Phys. v. 5, p. 257 (1957).
2. Ж. Панков. Оптические процессы в полупроводниках. Изд. "Мир", 1973, гл.3. 2. J. Pankov. Optical processes in semiconductors. Ed. "World", 1973, ch. 3.
3. D.V. Lang. J. appl. Phys. v. 75, N7, p. 3014(1974). 3. D.V. Lang. J. appl. Phys. v. 75, N7, p. 3014 (1974).
4. Н. И. Фэн. Поглощение ИК-излучения в полупроводниках. Успехи физических наук, т.6, с.316, 1958. 4. N.I. Feng. The absorption of infrared radiation in semiconductors. Advances in Physical Sciences, vol. 6, p. 316, 1958.
5. Гинберг Н. Брынских П. Теория поглощения света свободными носителями, охватывающая квантовую и классические области. Физика и техника полупроводников, т.5, в.7, с.1271 (1971). 5. Ginberg N. Brynskih P. The theory of light absorption by free carriers, covering quantum and classical domains. Physics and technology of semiconductors, v.5, v.7, p.1271 (1971).
Claims (1)
где E* и N
k постоянная Больцмана;
Nc v плотность состояний на уровне дна зоны проводимости - Nc и потолка валентной зоны Nv,
с последующим его квазиравновесным нагреванием в условиях периодического возмущения равновесия электронно-дырочной и ловушечной систем в образце, отличающийся тем, что измеряемый образец размещают между обкладками плоского конденсатора и контролируемый участок образца облучают электромагнитным излучением с энергией фотонов ℏv > Eg,
где Еg ширина запрещенной зоны исследуемого образца, изменяющимся во времени по периодическому закону с периодом и регистрируют зависимость от времени и от температуры величин U1(t) и , пропорциональных току через конденсатор и среднему току, протекающему через конденсатор за время при этом регистрирующие приборы к контролируемым цепям подключают через усилитель, а средний ток определяют по формуле
где I0 максимальный фототок через образец;
τp- время жизни носителей на ловушках;
t текущее время;
tи длительность светового импульса, определяют температуру , соответствующую максимальной величине затем устанавливают другой период модуляции излучения регистрируют соответствующую зависимость и определяют температуру , отвечающую максимальной величине затем для изолирующих и полуизолирующих образцов с концентрацией глубоких центров Nt, превышающей концентрацию равновесных носителей n0 увеличивают интенсивность облучения до величины U*, соответствующей максимальной величине сигнала U(t), а для образцов с концентрацией ловушек Nt, меньшей концентрации равновесных носителей n0, монотонно увеличивают мощность облучения до величины Р*, при которой постоянная времени релаксации τo становится зависимой от интенсивности облучения, затем рассчитывают по формулам время жизни носителей на ловушках при температурах энергию ловушек
сечение захвата ловушек
концентрацию ловушек
Концентрацию равновесных носителей
где
vt тепловая скорость носителей;
U
Св х выходная емкость усилителя;
α - коэффициент поглощения излучения в образце;
g элементарный заряд;
Р* мощность излучения, приходящая на облучаемый участок образца;
f* степень заполнения ловушек;
t0 постоянная времени релаксации фотопотенциала;
β - квантовая эффективность;
Ec и En - диэлектрическая проницаемость окружающей среды и измеряемой среды соответственно, при этом тип ловушечных центров и тип полупроводника определяют по знаку регистрируемого фотопотенциала U(t) или по знаку функции
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на обкладки плоского конденсатора подают электрическое напряжение U0 и рассчитывают глубину диагностируемой области в зависимости от величины напряжения и его полярности.1. The method of determining the electrophysical parameters of semiconductor materials, which pre-cool the sample to a temperature
where E * and N
k Boltzmann constant;
N c v the density of states at the bottom of the conduction band - N c and the ceiling of the valence band N v ,
followed by quasi-equilibrium heating under conditions of periodic disturbance of the equilibrium of the electron-hole and trap systems in the sample, characterized in that the measured sample is placed between the plates of a flat capacitor and the controlled portion of the sample is irradiated with electromagnetic radiation with photon energy ℏv> E g ,
where E g the band gap of the test sample, which varies in time according to the periodic law with a period and register the dependence on time and temperature of the quantities U 1 (t) and proportional to the current through the capacitor and the average current flowing through the capacitor over time at the same time, recording devices are connected to controlled circuits through an amplifier, and the average current is determined by the formula
where I 0 is the maximum photocurrent through the sample;
τ p is the lifetime of carriers on traps;
t current time;
t and the duration of the light pulse, determine the temperature corresponding to the maximum value then set a different period of modulation of radiation register the corresponding dependence and determine the temperature corresponding to the maximum value then, for insulating and semi-insulating samples with a concentration of deep centers N t exceeding the concentration of equilibrium carriers n 0 , the radiation intensity is increased to a value U * corresponding to the maximum signal value U (t), and for samples with a concentration of traps N t lower than the concentration of equilibrium carriers n 0 , the irradiation power is monotonically increased to a value of P * , at which the relaxation time constant τ o becomes dependent on the irradiation intensity, then the carrier lifetime per l is calculated using the formulas temperature-controlled trap energy
trap capture section
concentration of traps
The concentration of equilibrium carriers
Where
v t thermal velocity of the carriers;
U
C in x output capacity of the amplifier;
α is the radiation absorption coefficient in the sample;
g elementary charge;
P * radiation power coming to the irradiated portion of the sample;
f * degree of trap filling;
t 0 is the relaxation time constant of the photopotential;
β - quantum efficiency;
E c and E n are the dielectric permittivities of the environment and the medium being measured, respectively, while the type of trap centers and the type of semiconductor are determined by the sign of the detected photographic potential U (t) or by the sign of the function
2. The method according to p. 1, characterized in that the electrical voltage U 0 is supplied to the plates of the flat capacitor and the depth of the diagnosed area is calculated depending on the magnitude of the voltage and its polarity.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93045035A RU2079853C1 (en) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | Method of measurement of electrophysical parameters of semiconductor materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93045035A RU2079853C1 (en) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | Method of measurement of electrophysical parameters of semiconductor materials |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93045035A RU93045035A (en) | 1996-06-10 |
RU2079853C1 true RU2079853C1 (en) | 1997-05-20 |
Family
ID=20147518
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93045035A RU2079853C1 (en) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | Method of measurement of electrophysical parameters of semiconductor materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2079853C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2575134C1 (en) * | 2014-07-10 | 2016-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена" | Dielectric method of diagnostics of electronic conditions in crystals of sillenites |
RU2585963C1 (en) * | 2015-04-08 | 2016-06-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Method of determining electrophysical parameters of capacitor structure of memristor characterising moulding process |
RU2649065C1 (en) * | 2016-11-01 | 2018-03-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Р. Лебедева Российской академии наук, (ФГБУН ФИАН) | Method of determining parameters of cascade-excited traps of charge media in semiconductor |
CN113030188A (en) * | 2021-03-08 | 2021-06-25 | 内蒙古工业大学 | Method for detecting carrier concentration of semiconductor material |
-
1993
- 1993-09-17 RU RU93045035A patent/RU2079853C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
W Kohn Jol.Stale Phys, v. 5, р. 257, 1957. Панков Ж. Оптические процессы в полупроводниках. - М.: Мир, 1973, гл. 3. D.U.Land sappl Phys, 45, N 7, р. 3014, 1977. Фэи Н.И. Поглощение ИК-излучения в полупроводниках. Успехи физических наук, 1958, т. 6, с. 316. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2575134C1 (en) * | 2014-07-10 | 2016-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена" | Dielectric method of diagnostics of electronic conditions in crystals of sillenites |
RU2585963C1 (en) * | 2015-04-08 | 2016-06-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского" | Method of determining electrophysical parameters of capacitor structure of memristor characterising moulding process |
RU2649065C1 (en) * | 2016-11-01 | 2018-03-29 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Р. Лебедева Российской академии наук, (ФГБУН ФИАН) | Method of determining parameters of cascade-excited traps of charge media in semiconductor |
CN113030188A (en) * | 2021-03-08 | 2021-06-25 | 内蒙古工业大学 | Method for detecting carrier concentration of semiconductor material |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4758786A (en) | Method of analyzing semiconductor systems | |
SU1713448A3 (en) | Method of determination of thickness of layers in semiconductor sandwich structures and device to implement it | |
Williams | Surface photovoltage measurements on cadmium sulfide | |
Mandelis | Laser infrared photothermal radiometry of semiconductors: principles and applications to solid state electronics | |
Guo et al. | Device simulation of the light-addressable potentiometric sensor for the investigation of the spatial resolution | |
Fischer | Determination of semiconductor surface properties by means of photoelectric emission | |
RU2079853C1 (en) | Method of measurement of electrophysical parameters of semiconductor materials | |
Mort | Transient photoconductivity in trigonal selenium single crystals | |
Newman | Photoconductivity in Gold-Germanium Alloys | |
Many et al. | Field effect studies of oxygen adsorption on CdS surfaces | |
JP4441381B2 (en) | Method for measuring surface carrier recombination velocity | |
Mandelis et al. | Highly resolved separation of carrier‐and thermal‐wave contributions to photothermal signals from Cr‐doped silicon using rate‐window infrared radiometry | |
US4621233A (en) | Non-destructive testing of semiconductors using acoustic wave method | |
Law | Surface Electrical Changes Caused by the Adsorption of Hydrogen and Oxygen on Silicon | |
Toney et al. | Photocurrent mapping as a probe of transport properties and electric field distributions in cadmium zinc telluride detectors | |
Steinrisser et al. | Electron beam technique for measuring microvolt changes in contact potential | |
RU2616876C1 (en) | METHOD FOR MONITORING PRESENCE OF GaAs MATRIX DEEP DEFECTS CONNECTED WITH EMBEDDING INAS QUANTUM DOTS THEREIN | |
Gilboa et al. | Transverse acoustoelectric voltage inversion and its application to semiconductor surface study: CdS | |
RU2330300C2 (en) | Method of defining electrophysical parametres of semiconductors | |
Chemla et al. | Thickness of surface thin oxide layers determined by impedance spectroscopy using silicon/oxide/electrolyte (SOE) structures | |
Marinelli et al. | Analysis of traps in high quality CVD diamond films through the temperature dependence of carrier dynamics | |
RU2080611C1 (en) | Method for determining electrophysical properties of semiconductors | |
Klevenhagen | Temperature response of silicon surface barrier semiconductor detectors operated in the DC–short circuit configuration | |
RU2516238C2 (en) | Method to determine electroconductivity and energy of activation of admixture centres of semiconductor layers | |
Mendoza-Lopez et al. | Measurement setup to simultaneously explore the location and energy of trapped charges in thin polymer films |