SU813329A1 - Способ измерени параметровглубОКиХ цЕНТРОВ B пОлупРОВОдНиКАХ - Google Patents

Description

Изобретение относится к полупроводниковой электронике, в частности к способам измерения параметров электрически активных примесей в полупров од ни к ах. ³

Известен способ измерения параметров глубоких центров в полупроводниках, в частности коэффициентов эмиссии носителей, включающий подачу на образец постоянного напряжения, освещение его импульсами света прямоугольной формы и измерение релаксации емкости [1 ] .

Однако этот способ является технически сложным. 15

Известен также способ измерения параметров (коэффициентов эмиссии носителей и концентрации) глубоких центров в полупроводниках, согласно которому на р-п переход или барьер Шоттки 20 подают прямоугольные импульсы напряжения и измеряют зависимость емкости от времени релаксации [2].

Однако данный способ также технологически сложен. 25

Цель изобретения - упрощение измерений .

Указанная цель достигается тем, что на образец подают импульсное напряжение переменной амплитуды и изме-30 ряют время релаксации комплексного сопротивления образца до заданного значения, а о параметрах глубоких центров судят по зависимости времени релаксации от амплитуды импульсов напряжения. Момент достижения комплексным сопротивлением заданного значения Lопределяют любым известным способом, например по достижении заданного значения фазы комплексного сопротивления, модуля комплексного сопротивления и т.д.

Коэффициент эмиссии и концентрации глубоких центров' определяются из зависимостей U (t)_ после решения уравнения Пуассона для каждого конкретного случая.

Для асимметричного p-η перехода или барьера Шоттки, содержащего глубокие центры одного сорта, коэффициенты эмиссии носителей с которых не зависят от напряженности электрического поля, имеем

Ч(ч»-ф-ЧА-|, <)>

где Uoo - напряжение смещения, при котором до изменения зарядового состояния глубоких центров комплексное сопротивление образца равно L <»;

- обратное значение коэффициента эмиссии носителей с глубоких центров.

**^ьйо Г 3

А'- ё Г lApW-PoWJdx, 12) где ί. - диэлектрическая проницаемость полупроводника;

Lp_wH границы области объемного заряда при напряжении смещения Uco, 10 poo ир₀ - плотность объемного заряда до и после изменения зарядового состояния глубоких центров.

Для нескольких значений напряже- 15 ния смещения U измеряют время t и по соотношениям (1) и (2) определяют искомые величины.

На чертеже представлена блок-схема измерительной установки. 20

Блок-схема содержит источник 1 ступенчатого напряжения, измеритель 2 времени, индикатор 3 баланса моста, мост 4 полных проводимостей, разделительный конденсатор (емкость) 5, исследуемый образец б, индуктивность 25 7 развязки.

Измерение зарядового состояния глубоких центров в области объемного заряда осуществляют частичным уменьшением напряжения смещения на 30 p-η переходе образца б от значения U<ю до U_w при помощи источника 1 ступенчатого напряжения. Контроль ком плексного сопротивления осуществляют с помощью моста 4 полных проводимостей Ϊ5 и индикатора 3 баланса моста. В плечо сравнения моста 4 включают параллельную RС-цепочку, комплексное сопротивление которой принимают за L_w. Контроль баланса моста осуществляют дд по фазе комплексного сопротивления. . Время достижения баланса моста в ходе релаксации комплексного сопротивления измеряют измерителем 2 времени. Индуктивность 7 и емкость Ь служат элементами развязки цепей постоянно- ⁴5 го и переменного тока.

Измерения проводят в следующей последовательности.

На p-η переход (или барьер Шоттки) подают смещение 1!«? и устанавливают 50 температуру, при которой наблюдают релаксацию заряда на глубоких центрах. Балансируют мост. Уменьшают напряжение смещения до и восстанавливают напряжение смещения U, меньшее Uoo. 55 В момент восстановления напряжения запускают измеритель времени. При достижении баланса моста измеритель времени останавливают при помощи сигнала, вырабатываемого индикатором 3 баланса моста. Получают соответствующие значения t и U. Снова уменьшают напряжение смещения до 1)^ и восстанавливают другое значение напряжения. Таким образом, получают новую пару значений t и U и т.д. Коэффициент эмиссии носителей и концентрацию глубоких центров определяют из соотношений (1) и (2), а энергию активации глубоких центров определяют из температурной зависимости коэффициента эмиссии.

Реализация изобретения позволяет существенно упростить измерение параметров глубоких центров, поскольку нет необходимости измерять комплексное сопротивление (или емкость) р-п перехода. При данном способе измеряются напряжение смещения, при котором происходит ’релаксация параметров р-п перехода, и время, в течение которого комплексное сопротивление образца достигает заданного значения. При этом повышается точность измерений вследствие того, что напряжение и время - одни из наиболее точно измеряемых величин. Использование цифровых приборов кроме обеспечения высокой точности облегчает автоматизацию измерений с обработкой результатов на ЭВМ. Высокая точность измерений коэффициента эмиссии носителей позволяет исследовать зависимости этого коэффициента от электрического и магнитного полей, давления и т.д., а также идентифицировать близко расположенные энергетические уровни.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к полупроводниковой электронике, в частности к способам измерени  параметров элек трически активных примесей в полупроводниках . Известен способ измерени  парамет ров глубоких центров в полупроводниках , в частности коэффициентов эмиссии носителей, включающий подачу на образец посто нного напр жени , освещение его импульсами света пр моугольной формы и измерение релаксации емкости 1 . Однако этот способ  вл етс  техни чески сложным. Известен также способ измерени  параметров (коэффициентов эмиссии но сителей и концентрации) глубоких цен ров в полупроводниках, согласно кото рому на р-п переход или барьер Шоттк подают пр моугольные импульсы напр жени  и измер ют зависимость емкости от времени релаксации 2. Однако данный способ также технол гически сложен. Цель изобретени  - упрощение изме рений . Указанна  цель достигаетс  тем, что на образец подают импульсное на .пр жение переменной амплитуды и изме р ют врем  релаксации комплексного сопротивлени  образца до заданного значени , а о параметрах глубоких центров суд т по зависимости времени релаксации от амплитуды импульсов напр жени . Момент достижени  комплексным сопротивлением заданного значени  LOQопредел ют любым известным способом , например по достижении заданного значени  фазы комплексного сопротивлени , модул  комплексного сопротивлени  и т.д. Коэффициент эмиссии и концентрации глубоких центров определ ютс  из зависимостей U(t). после решени  уравнени  Пуассона дл  каждого конкретного случа . Дл  асимметричного р-п перехода или барьера Шоттки, содержащего глубокие центры одного сорта, коэффициенты эмиссии носителей с которых не завис т от напр женности электрического пол , имеем К-и)-е,А-|, (1) где UOB напр жение смещени , при котором до изменени  зар дового состо ни  глубоких центров комплексное сопротивление образца равно L оо,Т - обратное значение коэффициен та эмиссии носителей с глубо ких центров. ЗO.. - t )dx, t2) -Ьрто где - диэлектрическа  проницаемост полупроводника; 1радИ L границы области объемно го зар да при напр жени смещени  Upoj . poo и PC - плотность o6beNfHoro за р да до и после измене ни  зар дового состо ни  глубоких центров. Дл  нескольких значений напр жени  смещени  U измер ют врем  t и по соотношени м (1) и (2) определ ют ис комые величины. На чертеже представлена блок-схема измерительной установки. Блок-схема содержит источник 1 ст пенчатого напр жени , измеритель 2 времени, индикатор 3 балан(а моста , мост 4 полных проводимостей, раз делительный конденсатор (емкость) 5, исследуемый образец б, индуктивность 7разв зки. Измерение зар дового состо ни  глубоких центров в области объемного зар да осуществл ют частичным уменьшением напр жени  смещени  на р-п переходе образца 6 от значени  Uoo до и при помощи источника 1 ступенчатого напр жени . Контроль комплексного сопротивлени  осуществл ют с помощью моста 4 полных проводимост и индикатора 3 баланса моста. В плечо сравнени  моста 4 включают параллельную RС-цепочку, комплексное сопр тивление которой принимают за LO,,. Контроль баланса моста осуществл ют по фазе комплексного сопротивлени . . Врем  достижени  баланса моста в ходе релаксации комплексного сопротивл ни  измер ют измерителем 2 времени. Индуктивность 7 и емкость Ь служат элементами разв зки цепей посто нного и переменного тока. Измерени  провод т в следующей последовательности. На р-п переход (или барьер Шоттки подают смещение Uoo и устанавливают температуру, при которой наблюдают релаксацию зар да на глубоких центра Балансируют мост. Уменьшают напр жение смещени  до Uyy, и восстанавливают напр жение смещени  U, меньшее Uoo 8момент восстановлени  напр жени  запускают измеритель времени. При достижении баланса моста измеритель времени останавливают при помснци сиг нала, вырабатываемого индикатором 3 баланса моста. Получают соответствую значени  t и U. Снова уменьшают напр жение смещени  до и восстанавливают другое значение напр жени . Таким образом, получают новую пару значений t и U и т.д. Коэффициент эмиссии носителей и концентрацию глубоких центров определ ют из соотношений (1) и (2), а энергию активации глубоких центров определ ют из температурной зависимости коэффициента эмиссии . Реализаци  изобретени  позвол ет существенно упростить измерение параметров глубоких центров, поскольку нет необходимости измер ть комплексное сопротивление (или емкость) р-п перехода. При данном способе измер ютс  напр жение смещени , при котором происходит -релаксаци  параметров р-п перехода, и врем , в течение которого комплексное сопротивление образца достигает заданного значени . При этом повышаетс  точность измерений вследствие того, что напр жение и врем  - одни из наиболее точно измер емых величин. Использование цифровых приборов кроме обеспечени  высокой точности облегчает автоматизацию измерений с обработкой результатов на ЭВМ. Высока  точность измерений коэффициента эмиссии носителей позвол ет исследовать зависимости этого коэффициента от электрического и магнитного полей, давлени  и т.д., а также идентифицировать близко расположенные энергетические уровни. Формула изобретени  Способ измерени  параметров глубо-, ких центров в полупроводниках путем подачи на образец пр моугольных импульсов напр жени  и измерени  релаксации одного из параметров образца, отличающийс  тем, что, с целью упрощени , на образец подают импульсное напр жение переменной амплитуды и измер ют врем  релаксации комплексного сопротивлени  образца до заданного значени , а о параметрах глубоких центров суд т по зависимости времени релаксации от амплитуды импульсов напр жени . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Sahetal G.T- Thermal and optical emission and capture rates and eross sections... Solid-State Electronics , 1970, V. 13, № G p. 759788 .
2. 2. Патент США № 3859595, кл. 324158 , опублик. 1973.