SU997139A1

SU997139A1 - Способ измерени отношени скоростей поверхностной рекомбинации

Info

Publication number: SU997139A1
Application number: SU813243702A
Authority: SU
Inventors: Артур Петрович Медвидь
Original assignee: Рижский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт
Priority date: 1981-02-03
Filing date: 1981-02-03
Publication date: 1983-02-15

Description

Изобретение относится к технике измерений полупроводниковых параметров и может быть применено при изготовлении полупроводниковых приборов.

Известен способ измерения отношения скоростей поверхностной рекомбинации на противоположных гранях прямоугольного полупроводникового образца, путем пропускания через образец электрического тока и помещения его в магнитное поле с последующим измерением изменения сопротивления образца (1].

Недостатком э’того способа является его низкая точность при измерении больших отношений скоростей поверхностной рекомбинации.

Известен способ определения отношения скоростей поверхностной рекомбинации путем помещения прямоугольной полупроводниковой пластины во взаимно перпендикулярные электрическое И ' магнитное поля, облучения светом, измерения коэффициента поглощения и регистрации' фототока [2]..

Недостатками данного способа являются -трудоемкость и низкая точность, связанная с интерференцией света в тонких плоскопараллельных пластинах при измерении коэффициента поглощения.

Наиболее близким по технической . сущности к изобретению является способ измерения отношения скоростей по_ верхностной рекомбинации на протпво³ положных поверхностях полупроводниковой пластины с разной степенью обработки его поверхностей путем помещения пластины во взаимно перпендикулярные электрическое и магнитное поля, облучения ее светом и регистрации фототока [3].

Способ основан на использовании гальваномагниторекомбинаЦионного эффекта. Через пластину пропуцкают переменный ток, затем воздействуют на нее постоянным магнитным полем, напряженность которого увеличивают до величины, при которой падение напря-- жения на пластине от переменного тока равно падению напряжения до воздействия магнитны») полем, и по величине напряженности поля расчетным путем определяют отношение скоростей поверхностной рекомбинации.

Недостатком известного Способа измерения является низкая точность, в полупроводниковых материалах с примесной проводимостью.

Цель изобретения - повышение точ30 ности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения отношения скоростей поверхностной рекомбинации на противоположных поверхностях полупроводниковой пластины с разной степенью обработки ее поверхностей путем помещения пластины во вэа|имно перпендикулярные электрическое |и магнитное поля, облучения ее светом и регистрации фототока облучают поверхность пластины с большей скоростью поверхностной рекомбинации сильно поглощаемым светом, измеряют фототоки при двух противоположных полярностях электрических полей поля; ды25 поглощения света, и напряженэлектрического и магнитного по фиг. 1 представлена схема уста-до для реализации способа и геомет-

- фото-вольт- , . 20кТс ^/ЕХ^/7/ SdHi Л’ЙТ'р’’ где с — скорость света; е - заряд электрона; к - постоянная Больцмана; Т — абсолютная температура; d - полутолщина пластины; Η-χ— напряженность магнитного ^п°Д^вижность электронов и рок соответственно, и рассчитывают отношение скоростей поверхностной рекомбинации, равное отношению фототоков.

Данный способ дает возможность повысить точность измерений, так как 30 измеряются только фототоки при двух направлениях электрического поля и, таким образом, исключаются погрешности, связанные с определением таких ' параметров полупроводника, как под- 35 вижность электронов и дырок, коэффициент ности лей.

На. новки рия пластины; на фиг амперные характеристики пластины.

Установка содержит исследуемую полупроводниковую пластину 1, помещенную во взаимно перпендикулярные элект- . рическое Е^и магнитное Η_ζ поля, источник электрического напряжения 2, сопротивление'нагрузки 3 и источник сильнопоглощаемого света 4.

Если полупроводниковую пластину по местить во взаимно перпендикулярные электрическое Е* и магнитное Η_ζ поля и облучить сильнопоглощаемым светом, то на диффузионное растекание электронно-дырочных пар, созданных светом, накладывается сила Лоренца Fp (фиг.1). Причем, если освещается поверхность с максимальной скоростью поверхностной рекомбинации и сила Лоренца направлена к поверхности с минимальной ¹скоростью поверхностной рекомбинации, фототок будет больше, чем в отсутствие силы Лоренца, так как уменьшается влияние поверхности с максимальной скоростью поверхностной рекомбинации. 65 .16

Если же сила Лоренца направлена к освещаемой поверхности с максимальной скоростью поверхностной рекомбинации, то фототок будет меньше, чем в отсутствие силы Лоренца, так как часть носителей заряда, которая диффундировала в объем пластины, теперь будет реком бинировать с меньшим временем жизни у поверхности с максимальной скоростью поверхностной рекомбинации. В результате вольт-амперная характеристика пластины становится выпрямляющей (фиг.

2).

На основании решения обобщенного уравнения биполярной диффузии получают уравнение зависимости коэффициента выпрямления вольт-амперной характерис тики от коэффициента поглощения света . В общем случае оно имеет сложный характер, условия

Однако, если выполняются /Е_х/ У, __20_кТс_______ освещаемая поверхность имеет скорость поверхностной рекомбинации большую, чем неосвещаемая поверхность S(-p7 и пластина освещается сильнопоглощаемым светом KL?71, то коэффициент выпрямления принимает простой вид __5L-2_ , — скорость поверхностной рекомбинации на освещаемой поверхности; θ<+; на неосвещаемой;

— фототок в пластине при двух противоположных значениях .электрических полей Εχ .

Предложенный способ дает возможность определить отношение скоростей поверхностной рекомбинации, а не их абсолютные значения. При этом в расчетную формулу входят только фототок при двух значениях электрического поля, экспериментальное измеряемые. Поэтому ошибка в определении отношения связана только с определением величин фототока, что составляет в худшем случае -^1%.

Пример. Экспериментально исследуются фото-вольт-амперные характеристики монокристаллов антимонида индия. Используются образцы в форме пластин размерами 5,0x1,0x0,06 мм с концентрацией некомпенсированных примесей 1,2x10^ см⁵. Освещаемая поверхность шлифуется абразивным порошком Ml 0, а неосвеща'емая химически травится в полирующем травителе СР-4А. Эксперименты проводятся при температуре 180 К в магнитном поле 1 кЭ» Как видно из фиг. 2, в магнитном поле ВАХ выпрямляющая с коэффициентом выпрямления при Е*= 12В/см, равным , а при Εχ= 6 В/ см-14. Значение * 997139 электрического поля Еу = 6В/ см меньше критического, при котором К =co»st, однако оно близко к значению, определенному из спектрального распределения фотопроводимости 14,2. Второе _ значение К = 16 более точное, так как ’ выполняется условие сильного поля.

• Использование предлагаемого способа определения отношения скоростей поверхностной рекомбинации обеспечивает по сравнению с известными способа- 1® ми высокую точность, экспрессность способа, которая снижает затрату времени на измерения.

Claims

Поставленна цель достигаетс тем что согласно способу измерени отношени скоростей поверхностной рекомбинации на противоположных поверхнос т х полупроводниковой пластины с раз ной степенью обработки ее поверхностай путем помещени пластины во вза )имно перпендикул рные электрическое |й магнитное пол , облучени ее светом и регистрации фототока облучают поверхность пластины с большей скоростью поверхностной рекомбинации сильно поглощаемым светом, измер ют фотЬтоки при двух противоположных пол рност х электрических полей , , 20kTc /V BdMTiH p), где с - скорость света; е - зар д электрона; k - посто нна Больцмана; Т - абсолютна температура; d - полутолщина пластины; напр женность магнитного пол Ли,Яр подвижность электронов и дырок соответственно, и рассчитывают отношение скоростей п верхностной рекомбинации, равное отношению фототоков. Данный способ дает возможность по высить точность измерений, так как измер ютс только фототоки при двух направлени х электрического пол и, таким образом, исключаютс погрешнос ти, св занные с определением таких параметров полупроводника, как подвижность электронов и дырок, коэффициент поглощени света, и напр женности электрического и магнитного по лей. На. фиг, 1 представлена схема уста новки дл реализации способа и геоме ри пластины; на фиг. 2 - фото-вольт амперные характеристики пластины. Установка содержит исследуемую по лупроводниковую пластину 1, помещенную во взаимно--перпендикул рные элек рическое Ej и магнитное Н пол , источник электрического напр жени 2, сопротивление-нагрузки 3 и источник сильнопоглощаемого света 4. . Если полупроводниковую пластину п местить во взаимно перпендикул рные электрическое Е j и магнитное Hjr пол и облучить сильнопоглощаемым светом, то на диффузионное растекание электронно-дырочных пар, созданных светом накладываетс сила Лоренца Fp (Фиг.1 Причем, если освещаетс поверхность с максимальной скоростью поверхностной рекомбинации и сила Лоренца направлена к поверхности с минимальной скоростью поверхностной рекомбинации фототок будет больше, чем в отсутствие силы Лоренца, так как уменьагаетс вли ние поверхности с максимально скоростью поверхностной рекомбинации Если же сила Лоренца направлена к освещаемой поверхности с максимальной скоростью поверхностной рекомбинации, то фототок будет меньше, чем в отсутствие силы Лоренца, так как часть носителей зар да, котора диффундировала в объем пластины, теперь будет рекомбинировать с меньшим временем жизни у поверхности с максимальной скоростью поверхностной рекомбинации. В результате вольт-амперна характеристика пластины становитс выпр мл юдей (фиг. 20. На основании решени обобщенного уравнени бипол рной диффузии получают уравнение зависимости коэффициента выпр млени вольт-амперной -характерис тики от коэффициента поглощени свеta . В общем случае оно имеет сложный характер. Однако, если выполн ютс услови /„ , , 20 kTc --;ан;т71и Др освещаема поверхность имеет скорость поверхностной рекомбинации большую, чем неосвещаема поверхность 3,)7 Sj.; и пластина освещаетс сильнопоглощаемым светомKL 1, то коэффициент выпр млени принимает простой вид ,, W 6(-2 - :-с-) - ic. . . где S( - скорость поверхностной рекомбинации на освещаемой поверхности; S.; неос-веща емой| Э - фототок в пластине при двух противоположных значени х .электрических полей Е . Предложенный способ дает возможность определить отношение скоростей поверхностной рекомбинации, а не их абсолютные значени . При этом в расчетную формулу вход т только Фототок при двух значени х электрического поли , экспериментальное измер емые.-Поэтому ошибка в определении отношени св зана только с определением величин фототока, что составл ет в худшем случае . Пример. Экспериментально исследуютс фото-вольт-амперные характеристики монокристаллов антимонида инди . Используютс образцы в форме пластин размерами 5,0x1,0x0,06 мм с концентрацией некомпенсированных примесей 1,2x10 смЧ Освещаема поверхность шлифуетс абразивным поропрком Ml О, а неосвещаема химически травитс в полирующем травителе СР-4А. Эксперименты провод тс при температуре 180 К в магнитном поле 1 кЭ Как видно из фиг. 2, в магнитном поле ВАК выпр мл юща с коэффициентом выпр млени при Е ) 12В/см, равным 16, а при ЕХ 6 В/ см-14. Значение электрического пол EX 6В/ см меньше критического, при котором К sCOHSt однако оно близко к значению, опреде ленному из спектрального распределени фотопроводимости 14,
2. Второе значение К 16 более точное, так как выполн етс условие сильного пол . Использование предлагаемого способа определени отношени ско эостей поверхностной рекомбинации обеспечива ет по сравнению с известными способами высокую точность, экспрессность способа, котора снижает затрату времени на измерени . Формула изобретени Способ измерени отношени скоростей поверхностной рекомбинации на про тивоположных повер хност х полупроводниковой пластины с разной степенью обработки ее поверхностей путем помещени пластины во взаимно перпендикул рные электрическое и магнитное пол , облучени ее светом и регистрации фототока, отличающийс тем., что, с целью повышени точ ности измерений, облучают поверхность пл тины с большей скоростью по

&ЮКС

5|W«

t

1

iX

X

z.e

KeeiiuMtf.

Кн верхностной рекомбинации сильно поглощаемым светом, измер ют фототоки при двух противоположных пол рност х электрических полей 20 kTc ё3н;7хг;;:йр где с - скорость света} е - зар д электрона; k - посто нна Больцмана; Т -; абсолютна температура; d - полутолщина пластины; Н - напр женность магнитного пол ; Л1у,,Йр- подвижность электронов и дырок соответственно, и рассчитывают отношение скоростей поверхностной рекомбинации,равное отношению фототоков. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Ржанов А.С. Электронные процессы на поверхности полупроводников. М., Наука, 1971, с. 197-199. 2.Авторское свидетельство СССР 799050, кл. Н 01 L 21/66, 1979.
3.Авторское свидетельство СССР 530285, кл. G 01 R 31/26, 1974 (прототип ) .

ЗфаОА)

12 fx,8/f