SU915662A1 - Method for measuring rate of surface recombination of semiconductors - Google Patents

Method for measuring rate of surface recombination of semiconductors Download PDF

Info

Publication number
SU915662A1
SU915662A1 SU802993646A SU2993646A SU915662A1 SU 915662 A1 SU915662 A1 SU 915662A1 SU 802993646 A SU802993646 A SU 802993646A SU 2993646 A SU2993646 A SU 2993646A SU 915662 A1 SU915662 A1 SU 915662A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
sample
intensity
surface recombination
luminescence
recombination rate
Prior art date
Application number
SU802993646A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
S S Bolgov
V K Malyutenko
V I Pipa
Original Assignee
Inst Poluprovodnikov
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Poluprovodnikov filed Critical Inst Poluprovodnikov
Priority to SU802993646A priority Critical patent/SU915662A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU915662A1 publication Critical patent/SU915662A1/en

Links

Landscapes

  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Description

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для контроля полупроводниковых пластин, используемых для изготовления полупроводниковых приборов.The invention relates to semiconductor technology and can be used to control semiconductor wafers used for the manufacture of semiconductor devices.

Известен способ определения скорости поверхностной рекомбинации полупроводниковых гетероструктур ,[К], основанный на измерении времени спада фотолюминесценции.A known method for determining the surface recombination rate of semiconductor heterostructures, [K], based on the measurement of the photoluminescence decay time.

Недостатком этого способа является его сложность, обусловленная необходимостью облучения образца монохроматическим излучением.The disadvantage of this method is its complexity, due to the need for irradiating the sample with monochromatic radiation.

Наиболее близким техническим решением является способ определения скорости поверхностной рекомбинации в полупроводниках ,[2[, основанный на помещении плоского образца в магнитное поле, вектор напряженности которого паралле- 20 лен плоскости образца, создании в образце импульсного электрического поля, вектор напряженности которого параллелен плоскости образца и перпендикулярен вектору напряженности магнитного поля, измере- 25 нии зависимости интенсивности рекомбинационной люминесценции от величины напряженности импульсного электрического поля чередующейся полярности путем регистрации излучения от двух противополож- 30The closest technical solution is a method for determining the surface recombination velocity in semiconductors, [2 [based on placing a flat sample in a magnetic field, the intensity vector of which is parallel to the sample plane, creating a pulsed electric field in the sample, the intensity vector of which is parallel to the sample plane and perpendicular to the magnetic field strength vector, measuring the dependence of the recombination luminescence intensity on the magnitude of the pulse electric field Skog fields of alternating polarity through the radiation detecting two opposite 30

22

ных поверхностей плоского образца и определении скорости поверхностной рекомбинации расчетным путем.surfaces of a flat sample and determining the surface recombination rate by calculation.

Недостатками этого способа являются 5 его сложность, низкая точность и узкий диапазон определяемых скоростей поверхностной рекомбинации.The disadvantages of this method are its complexity, low accuracy, and a narrow range of determined surface recombination rates.

Цель изобретения — упрощение, повышение точности и расширение диапазона 10 определяемых скоростей поверхностной рекомбинации.The purpose of the invention is to simplify, improve accuracy and expand the range of 10 defined surface recombination rates.

Это достигается тем, что в способе определения скорости поверхностной рекомбинации в полупроводниках измеряют зави15 симости интенсивности отрицательной люминесценции от величины напряженности импульсного электрического поля, а скорости поверхностной рекомбинации вычисляют по формулеThis is achieved by measuring the dependences of the intensity of negative luminescence on the magnitude of the intensity of a pulsed electric field in the method for determining the surface recombination rate in semiconductors, and the surface recombination rates are calculated using the formula

где 5+ — скорость поверхностной рекомбинации на поверхности образца;where 5+ is the surface recombination rate on the sample surface;

— скорость поверхностной рекомбинации на другой поверхности образца;- surface recombination rate on another sample surface;

у — безразмерное поле; β — безразмерная толщина образца;y is a dimensionless field; β — dimensionless sample thickness;

915662915662

4four

Ро — максимальное значение интенсивности отрицательной люминесценции;P about - the maximum value of the intensity of negative luminescence;

Р~— интенсивность отрицательной люминесценции на начальном участке зависимости Р(Е)н=соп81·P ~ is the intensity of negative luminescence in the initial part of the dependence P (E) n = cond81 ·

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 — полевые зависимости сигналов отрицательной' люминесценции.FIG. 1 shows a diagram of the device for implementing the method; in fig. 2 - field dependences of negative luminescence signals.

Устройство содержит полупроводниковый кристалл 1, снабженный ' омическими контактами и выводами, полюса электромагнита 2, фокусирующие линзы 3, приемники 4 излучения, сигнал 5 отрицательной люминесценции с передней грани, сигнал 6 отрицательной люминесценции с задней грани.The device contains a semiconductor crystal 1, equipped with ohmic contacts and leads, electromagnet 2 poles, focusing lenses 3, radiation receivers 4, negative luminescence signal 5 from the front face, negative luminescence signal 6 from the back face.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

В отсутствие внешних полей из полупроводника выходит равновесный поток излучения Ро, величина которого пропорциональна равновесной концентрации носителей тока п2.. При наложении скрещенных Е и Н полей в таком направлении, чтобы дрейф электронно-дырочных пар происходит от исследуемой поверхности вглубь полупроводника, концентрация носителей вблизи этой грани становится меньше равновесного значения. Соответствующим образбм уменьшается интенсивность рекомбинационного излучения, т. е. наблюдается отрицательная люминесценция. При сильном истощении приповерхностной части полупроводника глубина модуляции рекомбинационного излучения практически становится равной значению Ро и на полевой зависимости Р (£, Н) наблюдается насыщение. Таким образом, максимальная амплитуда отрицательной люминесценции равна мощности равновесного рекомбинационного излучения свободных электронно-дырочных пар. Рассмотренная ситуация характерна для полупроводников с собственной проводимостью.In the absence of external fields, an equilibrium radiation flux P o comes out of the semiconductor, the value of which is proportional to the equilibrium concentration of current carriers n2. this face becomes less than the equilibrium value. The intensity of the recombination radiation decreases by the corresponding samples, i.e., negative luminescence is observed. With a strong depletion of the near-surface part of the semiconductor, the modulation depth of the recombination radiation practically becomes equal to the value of P o and saturation is observed on the field dependence of P (t, H). Thus, the maximum amplitude of negative luminescence is equal to the power of the equilibrium recombination radiation of free electron-hole pairs. The considered situation is typical for semiconductors with intrinsic conductivity.

При небольших отклонениях интенсивности рекомбинационного излучения Р от Ро наблюдается прямолинейная зависимость Р (Е, Н), наклон которой в частности определяется значением скорости поверхностной рекомбинации на исследуемой грани кристалла и не зависит от 5 на другой грани. Поскольку в формулу (1) входит отношение мощностей Ро/Ро — Р, то измерение сигналов люминесценции достаточно производить в относительных единицах, а за единицу измерения принимать максимальный сигнал отрицательной люминесценции в режиме насыщения.With small deviations of the intensity of recombination radiation P from P o , a straight line dependence of P (E, H) is observed, the slope of which in particular is determined by the surface recombination rate on the crystal face under study and does not depend on 5 on the other face. Since formula (1) includes the power ratio Ro / Po-P, it is sufficient to measure the luminescence signals in relative units, and for the unit to take the maximum negative luminescence signal in the saturation mode.

Таким образом, используя явление отрицательной люминесценции можно определять скорость поверхностной рекомбинации в низкоомных полупроводниковых кристаллах в области высоких температур,Thus, using the phenomenon of negative luminescence, it is possible to determine the surface recombination rate in low-resistance semiconductor crystals at high temperatures,

при которых другие методы, например, основанные на измерении фотопроводимости или фотолюминесценции, оказываются не эффективными.in which other methods, for example, based on the measurement of photoconductivity or photoluminescence, are not effective.

На интенсивность фотолюминесценции полупроводника, помещенного в скрещенные Е и Н поля, влияют два противоположно направленных процесса.The intensity of the photoluminescence of a semiconductor placed in crossed E and H fields is influenced by two oppositely directed processes.

Первый, приводящий к нарастанию люминесценции, связан с уменьшением потерь на самопоглощение рекомбинационного излучения толщей кристалла при поджатии неравновесных носителей к исследуемой поверхности, т. е. эффект нарастания фотолюминесценции наблюдается из-за уменьшения оптического пути выходящих лучей.The first one, which leads to an increase in luminescence, is associated with a decrease in self-absorption losses of recombination radiation by the crystal thickness when the nonequilibrium carriers are pressed towards the surface under study, that is, the effect of increasing the photoluminescence is observed due to a decrease in the optical path of the outgoing rays.

Второй, вызывающий тушение фотолюминесценции, связан с уменьшением полного числа неравновесных носителей за счет их безызлучательной рекомбинации на поверхности.The second one, which causes quenching of photoluminescence, is associated with a decrease in the total number of nonequilibrium carriers due to their nonradiative recombination on the surface.

С увеличением поля у ~ £ X Я, оба процесса идут одновременно и суммарный эффект изменения интенсивности фотолюминесценции зависит от их парциального вклада.With an increase in the field y ~ £ XI, both processes proceed simultaneously and the total effect of a change in the photoluminescence intensity depends on their partial contribution.

Если скорость поверхностной рекомбинации невелика, то в области малых управляющих полей у ~ £ X Я происходит нарастание люминесценции до какого-то определенного, зависящего от значения поля Тмакс. (доминирует первый процесс). С дальнейшим увеличением поля у начинает доминировать второй процесс — уменьшения полного числа носителей и происходит гашение люминесценции. Таким образом при умако. наблюдается максимум, по которому можно определять значение 5.If the surface recombination rate is small, then in the region of small control fields y ~ £ X Я I, the luminescence increases to a certain, depending on the value of the field Tmax. (dominates the first process). With a further increase in the field y, the second process begins to dominate — a decrease in the total number of carriers and luminescence quenching occurs. So with umako. there is a maximum by which the value of 5 can be determined.

С увеличением скорости поверхностной рекомбинации максимум фотолюминесценции смещается в область меньших полей у, а затем вовсе исчезает, и с ростом у наблюдается только гашение фотолюминесценции. Следовательно, таким способом можно измерять 5 только в ограниченном диапазоне значений, при котором наблюдается максимум полевой зависимости фотолюминесценции.With an increase in the surface recombination rate, the photoluminescence maximum shifts to lower-field y, and then completely disappears, and only y quenching of the photoluminescence is observed with increasing y. Therefore, in this way, one can measure 5 only in a limited range of values at which the maximum dependence of the photoluminescence field is observed.

Для наблюдения отрицательной люминесценции отпадает необходимость применения внешнего источника возбуждения, поскольку в данном случае источником носителей заряда в неравновесных условиях является сама поверхность полупроводника, обладающая определенным значением скорости рекомбинации.To observe negative luminescence, there is no need to use an external excitation source, since in this case the source of charge carriers under non-equilibrium conditions is the semiconductor surface itself, which has a certain recombination rate.

Определение скорости поверхностной рекомбинации из анализа полевых зависимостей отрицательной люминесценции индуцированной в полупроводнике с помощью скрещенных £ и Я полей позволило сократить при этом операции фокусировки возбуждающего излучения на образец и определение его абсолютной величины, т. е. упростить способ и увеличить его точность,Determining the surface recombination rate from an analysis of the field dependences of negative luminescence induced in a semiconductor using crossed £ and полей fields made it possible to reduce the focusing operation of the exciting radiation on the sample and determine its absolute value, i.e., simplify the method and increase its accuracy,

915662915662

5five

Поскольку в предложенном способе определения 8 нет необходимости измерять мощность излучения· в абсолютных значениях, то точность данного способа значительно увеличивается.Since in the proposed method of determining 8 there is no need to measure the radiation power · in absolute values, the accuracy of this method is significantly increased.

При наложении скрещенных £ и Л полей в полупроводнике наблюдается дрейф электронно-дырочных пар в направлении нормальном к исследуемым граням и происходит понижение концентрации носителей заряда в приповерхностной области полупроводника, что сопровождается отрицательной люминесценцией, по полевым зависимостям которой определяется скорость поверхностной генерации.When fields and Λ are crossed in a semiconductor, electron-hole pairs drift in the direction normal to the faces under study and a decrease in the carrier concentration occurs in the near-surface region of the semiconductor, which is accompanied by negative luminescence, which determines the surface generation rate from the field dependencies.

В условиях квазинейтральности скорости генерации и рекомбинации на поверхности равны между собой. В принципе на практике всегда можно выбрать величины внешних полей такими, чтобы наблюдалась отрицательная люминесценция. По этой причине диапазон измеряемых значений 5 с помощью предложенного способа значительно шире, чем у прототипа и не имеет строгих ограничений.Under conditions of quasineutrality, the rates of generation and recombination on the surface are equal to each other. In principle, in practice, one can always choose the values of external fields such that negative luminescence is observed. For this reason, the range of measured values of 5 using the proposed method is much wider than that of the prototype and has no strict limitations.

Пример. Образцы были выполнены из нелегированного п-1п5Ь с концентрацией нескомпенсированных доноров Νά — Να = = 1014 см-3. Толщина пластины 10-2 см.Example. Samples were made of undoped p-1p5b with a concentration of uncompensated donors Νά - Ν α = = 10 14 cm -3 . Plate thickness 10 -2 cm.

Омические контакты наносят сплавом индия с теллуром. С помощью держателя образцы устанавливают между полюсами электромагнита, после чего к контактам кристалла подают импульсное электрическое поле чередующейся полярности. Возникающее промодулированное рекомбинационное излучение фокусируют с помощью линз на фотоприемники и далее регистрируют с помощью осциллографа. По данным измерения сигналов отрицательной лю-’ минесценции с обоих граней строят полевые зависимости, представленные на фиг. 2. Измерения проводят при постоянном магнитном поле 5 кгс.Ohmic contacts are applied by fusing indium with tellurium. Using the holder, the samples are placed between the poles of an electromagnet, after which a pulsed electric field of alternating polarity is applied to the contacts of the crystal. The resulting modulated recombination radiation is focused by means of lenses on photodetectors and then recorded with an oscilloscope. According to the measurement data of the negative lu-minescence signals, the field dependences are plotted from both faces, shown in FIG. 2. Measurements are carried out at a constant magnetic field of 5 kgf.

Глубина модуляции рекомбинационного излучения на участке насыщения полевых зависимостей Р(Е) соответствует значению Ро. Плотность потоков равновесного излучения одинакова с обоих граней, поэтому сигналы насыщения, измеренные разными приемниками с неодинаковой чувствительностью можно приравнять друг к другу и принять за единицу отсчета.The depth of modulation of the recombination radiation in the region of saturation of the field dependences P (E) corresponds to the value P o . The density of equilibrium radiation fluxes is the same for both faces, therefore the saturation signals measured by different receivers with unequal sensitivity can be equated to each other and taken as a unit of reference.

Выбрав любые точки на прямолинейном участке полевых зависимостей (точки А и В) находят соответствующие им значения полей Е при известном постоянном Н. Точка А соответствует Е = 7 В/см, а В—5 В/см при Н 5 кгс. Подставив в ф-лу (1) вычисленные значения β и у находят значения скоростей поверхностной рекомбинации на противоположных гранях кристалла. При μπ=7,7·104, μρ = 7·102 и τ=10-8 с скорости поверхностной рекомбинации со6By selecting any points on the straight line field dependencies (points A and B), they find the corresponding values of the fields E at a known constant N. Point A corresponds to E = 7 V / cm, and B — 5 V / cm at H 5 kgf. Substituting the calculated values of β and y in the formula (1), we find the values of the surface recombination rates on the opposite faces of the crystal. For μ π = 7.7 · 10 4 , μ ρ = 7 · 10 2 and τ = 10 -8 with the surface recombination rate of co6

ответственно равны 5а=3,4-104 см/с и 5+ = 2,2-104 см/с.responsibly equal to 5a = 3.4-10 4 cm / s and 5+ = 2.2-10 4 cm / s.

Предложенный способ измерения скорости поверхностной рекомбинации, сохраняя технико-экономические преимущества способа — прототипа, обладает сокращением количества измерительных операций; упрощением и удешевлением измерительного оборудования, реализующего способ путем исключения лазеров и монохроматоров; расширением диапазона измеряемых скоростей поверхностной рекомбинации; снижением трудоемкости как при измерениях, так и при проведении расчетов; повышением точности определения скорости поверхностной рекомбинации.The proposed method of measuring the speed of surface recombination, while maintaining the technical and economic advantages of the prototype method, has a reduction in the number of measurement operations; the simplification and cheapening of measuring equipment that implements the method by eliminating lasers and monochromators; expansion of the range of measured surface recombination rates; decrease in labor input both at measurements, and when carrying out calculations; improving the accuracy of determining the rate of surface recombination.

Claims (1)

Формула изобретенияClaim Способ определения скорости поверхностной рекомбинации в полупроводниках, основанный на помещении плоского образца в магнитное поле, вектор напряженности которого параллелен плоскости образца, создании в образце импульсного электрического поля, вектор напряженности которого параллелен плоскости образца и перпендикулярен вектору напряженности магнитного поля, измерении зависимостей интенсивности рекомбинационной люминесценции от величины напряженности импульсного электрического поля чередующейся полярности путем регистрации излучения от двух противоположных поверхностей плоского образца и определении скорости поверхностной рекомбинации расчетным путем, отличающийся тем, что, с целью упрощения, повышения точности и расширения диапазона определяемых скоростей поверхностной рекомбинации, измеряют зависимости интенсивности отрицательной люминесценции от величины напряженности импульсного электрического поля, а скорости поверхностной рекомбинации вычисляют по формулеA method for determining surface recombination rates in semiconductors based on placing a flat sample in a magnetic field whose intensity vector is parallel to the sample plane, creating a pulsed electric field in the sample whose intensity vector is parallel to the sample plane and perpendicular to the magnetic field strength vector, and measuring the dependences of the recombination luminescence intensity on the intensity of the pulsed electric field of alternating polarity by registering radiation from two opposite surfaces of a flat sample and determining the surface recombination rate by calculation, characterized in that, in order to simplify, improve accuracy and expand the range of surface recombination rates determined, measure the dependences of the negative luminescence intensity on the magnitude of the pulsed electric field, and the surface recombination rate calculated by the formula где 5+ — скорость поверхностной рекомбинации на поверхности образца;where 5+ is the surface recombination rate on the sample surface; 5-. — скорость поверхностной рекомбинации на другой поверхности образца;five-. - surface recombination rate on another sample surface; γ — безразмерное поле; β — безразмерная толщина образца; Ро — максимальное значение интенсивности отрицательной люминесценции;γ is a dimensionless field; β — dimensionless sample thickness; P about - the maximum value of the intensity of negative luminescence; Р_ — интенсивность отрицательной люминесценции на начальном участке зависимости Р(Е)н=сопм-Р_ is the intensity of negative luminescence in the initial part of the dependence P (Е) n = const
SU802993646A 1980-10-13 1980-10-13 Method for measuring rate of surface recombination of semiconductors SU915662A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU802993646A SU915662A1 (en) 1980-10-13 1980-10-13 Method for measuring rate of surface recombination of semiconductors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU802993646A SU915662A1 (en) 1980-10-13 1980-10-13 Method for measuring rate of surface recombination of semiconductors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU915662A1 true SU915662A1 (en) 1982-08-15

Family

ID=20922136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU802993646A SU915662A1 (en) 1980-10-13 1980-10-13 Method for measuring rate of surface recombination of semiconductors

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU915662A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Folen et al. Anisotropy of the magnetoelectric effect in Cr 2 O 3
Stamm et al. Femtosecond x-ray absorption spectroscopy of spin and orbital angular momentum in photoexcited Ni films during ultrafast demagnetization
Kuhlen et al. Electric Field-Driven Coherent Spin Reorientation of Optically Generated<? format?> Electron Spin Packets in InGaAs
US4562348A (en) Fiber optical luminescence measuring system for measuring physical quantities with time- or frequency-divided signal information
Fowler Jr et al. Magnetic domains on silicon iron by the longitudinal Kerr effect
Honig Neutral-impurity scattering and impurity zeeman spectroscopy in semiconductors using highly spin-polarized carriers
Fuller et al. Diffusion of boron and phosphorus into silicon
Forman et al. Transverse electroreflectance in semi-insulating silicon and gallium arsenide
SU915662A1 (en) Method for measuring rate of surface recombination of semiconductors
Kamshilin et al. Linear sensing of speckle-pattern displacements using a photorefractive GaP crystal
EP0345759B1 (en) A magnetic field measurement apparatus
SU1160484A1 (en) Versions of method of determining mobility of minority carriers
Mulder Recombination diffusion length of minority charge carriers in cuprous sulphide (chalcosite and djurleite)
Patel How to measure subnanosecond laser pulses at 10.6 μ
Doriath et al. A sensitive and compact magnetometer using Faraday effect in YIG waveguide
Suits Optical diffraction by magnetic domains in europium chalcogenides
Ingersoll The Kerr Rotation for Transverse Magnetic Fields, and the Experimental Verification of Wind's Magneto-Optic Theory
SU1056316A1 (en) Method of determining minority carrier mobility
Kaplyanskii et al. PHONONS IN EXCITED RUBY
SU966797A1 (en) Magnetosensitive device
SU794566A1 (en) Surface recombination rate measuring method
Guthmann et al. Recombination phenomena in tellurium
Parfenov et al. Liquid crystal optical response dynamics of the flexoelectric effect in a spatially inhomogeneous electric field
Ramsbey et al. Optical detection and imaging of nonequilibrium phonons in GaAs using excitonic photoluminescence
SU885938A1 (en) Magnetic field strength measuring method