Способ определения подвижности неосновных носителей заряда
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДВИЖНОСТИ НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА, Основанный на помещении образца в скресценные электрическое и магнитное поля таким образом, чтобы векторное произведение вектора напряженности электрического поля и вектора индукции магнитного поля было перпендику лярно поверхности образца, инжекции пакета неосновных носителей заряда путем освещения поверхности образца импульсом сильно поглощаемотб света о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности определения подвижности неосновных носителей заряда в полупроводниках с малой диффузионной длиной носителей и упрощения способа, регистрируют сигнал фотолюминесценции с поверхности образца противоположной освещаемой поверхности, измеряют время задержки максимального сигнала фототпоминесценции относительно максимума интен сивиостя импулЪса сильно nryfiiffSi etJfi го°света и вычисляют подвижность неосновных носителей заряда по форму « . осчП. 4j П Д .ос«---U ;j-TjBl где {«нвоси подвижность неосновных носителей заряда; . Щ подвижность основшях ноjUocH J ситалей заряда; толокна образца в направлении переноса пакета неосновных: носите-, лей заряда; Е - напряженность электрического поля, 8 - ,индукция магнитного поля т время задержки максимального сигнала фртолю минесценции относительно максимума интенсивности импульса сильно поглощаемого света.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
80„„ ЯЯ И
МЮН 01L 21 бб
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3398447/18-25 (22) 01.03,82 (46) 23. 11.83. Бюл. Р 43 (7 2) С.С. Болгов, B.K. Малютенко, Б.И.Пипа н Е.И.Яблоновский (71) Институт полупроводников аН Украинской ССР (53) 623.3&2(088.8) (56) 1. Haynes I, Shockly W, Ihe
Mobility and Lifetime of Injected Holes and Electrons in Ge. Phys. еч. ., v.81, 1951, р.835.
2. Schneider W. Schlitzer R. omalusly enhanced plasma diffusion
transverse to à magnetic field in
n-be Phys. Chem. Solids., v.)41, 1979 р. 813-820. (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДВИл(НОСТИ HE0CHOBHblX НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА к основанный на помещении образца в скрещенные электрическое и магнитное поля таким образом, чтобы векторное произведение вектора напряженности электрического поля и вектора индукции магнитного поля было перпендику лярно поверхности образца, инжекции пакета неосновных носителей заряда путем освещения поверхности образца импульсом сильйо йоглощаемого света, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения подвижности неосновных носителей заряда в полупроводниках с малой диффузионной длиной носителей и упро- щения способа, регистрируют сигнал фотолюминесценции с поверхности образца противоположной освещаемой поверхности, измеряют время задержки максимального сигнала фотолюминесценции относительно максимума интенсивности импульса сильно поглбщаемо= го света и вычисляют подвижность неосновных носителей заряда по форму.. вфщн ),в (8 где М к 0СН вЂ” подвижность неосновных носителей заряда; g
p „- подвижность основных но- сителей заряда;
Д » толщина образца s нап" равлеиии переноса пакета неосновных; носите- . лей заряда," И напряженность электрического поля, 8 —,индукция магнитного поля m - время задержки максимального сигнала фотолю;минесценции относитель- но максимума интенсивности импульса сильно поглощаемого света.
1056316
Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для контроля подвижности неосновных носителей заряда (ННЗ) в полупроводниковых материалах, используемых для изготовления полупроводниковых приборов.
Известен способ измерения подвижности ННЗ, основанный на созда= нии двух коллекторных выпрямляющих контактов к полупроводниково- Ю му образцу, подачу на образец электрического поля, инжекции пакета. ННЭ измерении времени дрейфа пакета ННЗ в электрическом поле от первого коллекторного контакта ко второму, 15 измерении расстояния между коллекторными контактами, вычислении подвижности НН3 по формуле
Р =ге
20 где L — расстояние между коллекторными контактами) — время дрейфа пакета ННЭ; — напряженность электрического поля fl) .
Однако способ обладает низкой точностью в применении к полупровод-. никам с малой диффузионной длиной (образцы при этом имеют толщины порядка 100 мкм), поскольку коллекторные контакты имеют конечные размеры (прнмерно 10 мкм), что не позволяет точно определить расстояние между этими контактами и в случае малых толщин приводит к значительным по " грешностям. Кроме того, точность измерений этим способом существенно ограничивается шумами и нелинейностью коллекторных контактов.
Способ сложен технологически для измерений в полупроводниках с малой 40 диффузионной длиной, так как создание выпрямляющих коллекторных контактов на образце толщиной порядка 100 мкм является трудно осуществимой задачей. Следует отметить, что 45 инжекция в коллекторный контакт не всегда эффективна, в частности в узкозонных материалах и при повышенных температурах, что создает дополнительные сложности.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения подвижности HH3Ä основанный на помещении образца в скрещенные электрическое и магнитное поля таким образом, чтобы векторное произведение вектора напряженности электрического поля и вектора индукции магнитного поля было перпендикулярно поверхности образца, инжекции пакета НН3 путем освещения поверхнос-60 тй образца импульсом сильно поглощаемого света $2J .
Недостатком этого способа является низкая точность определения подвижности ННЭ для полупроводниковых g5 материалов с малыми диффузионными длинами, Это связано с неопределенностью расстояния между коллекторными выпрямляющими контактами, которая обусловлена конечностью их размеров. Погрешность велика, так как размер образца в направлении движения пакета ННЗ должен быть порядка растянутой диффузионной длины (диффузионной длины вдоль электрического поля), иначе процессы рекомбинации и диффузии уменьшат концентрацию ННЗ настолько, что регистрация последних станет невозможной. Точность способа существенно снижается из-за шумов и нелинейности коллекторных контактов.
Цель изобретения — повышение точности определения подвижности ННЗ в полупроводниках с малой диффузионной длиной носителей и упрощение способа.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения подвижности ННЗ, основанному на
l помещении образца в скрещенные электрическое и магнитное поля таким образом, чтобы векторное произведение вектора напряженности электричес. кого поля и вектора индукции магнитного поля: было перпендикулярно по-. верхности образца, инжекции пакета, ННЗ путем освещения .поверхности образца импульсом сильно поглощаемого свбта, регистрируют сигнал фотолюминесценции с поверхности образца противоположной освещаемой поверхности, измеряют время задержки максимально-. го сигнала фотолюминесценции относительно максимума интенсивности импульса сильно поглощаемого света и вычисляют подвижность ННЗ по формуле где ро< В.с д — толщина образца в направлении переноса пакета ННЗ, м; - напряженность электрического поля, В/м; в — индукция магнитного поля Т „. тя — время задержки сигнала фотолюминесценции, определяемое как интервал между моментом максимума лазерного импульса, осуществляющего йнжекцию пакета НН3 и моментом максимума сигнала фотолюминесценции, с. 1056316 На фиг. 1 представлена схема расположения измерительной установки; на фиг. 2 — осциллограмма процессов. Установка включает полупроводниковый образец 1, снабженный омическими контактами, полюса электромагнита 2, источник 3 сильно поглощаемого света (лазер), фокусирующую линзу 4, приемник 5 излучения и осциллограф 6 для измерения времени переноса. Сущность предложенного способа сос40 тоит в следующем: Берут полупроводниковый образец, толщина которого на много превышает глубину проникновения сильно поглощае мого света и диффизионную длину но- 15 сителей заряда. На одной из граней образца коротким лазерным импульсом осуществляют оптическую инжекцию пакета ÍÍ3. В отсутствие внешних полей с противоположной неосвещен- 2(» ностью грани никакого сигнала опти» ческого излучения не наблюдается. Это происходит вследствие того, что НН3 рекомбинируют вблизи освещенной поверхности образца, и ввиду сильно- »5 го самопоглощения рекомбинационное излучение практически не доходит до задней поверхности. При наложении скрещенных Е и В полей происходит дрейф пакета НН3 к задней поверхности. Дрейф пакета ННЗ имеет амбиполярную природу и, следовательно, дрейфовая скорость определяется подвижностью как основных, так и неосновных носителей. Концентрация носителей вблизи неосвещенной поверхности ста-.. ! новится больше равновесной и появляется сигнал фотолюминесценции с задней поверхности, задержанный относительно момента генерации ННЗ на время переноса пакета ННЗ через толщу 40 образца, Из осциллограммы этих процес. сов (причем для максимума сигнала время переноса описывается расчетной формулой), измеряя время задержки, можно определить подвижность ННЗ, 45 (подвижность основных носителей заряда. обычно известна или легко может быть определена стандартным методом), Формула справедлива при незамагничи-. вающих полях, т.е. р О „0 i< 1. Предлагаемый способ справедлив при малых уровнях инжекции ННЗ. Длйтельность лазерного импульса, осуществляющего инжекцию пакета ННЗ, должна быть значительно меньше времени задержки сигнала фотолюминесценции. В этом способе движение НН3 контролируется не по току основных носителей, как в известном способе, а по сигналу фотолюминесценции. Поэтому отпадает необходимость уста- 6(» новки коллекторных контактов на образце. При этом существенно (на порядок) уменьшается неопределенность в измерении расстояния, на которое переместится пакет ННЗ. При оптичес- 65 м Р неосн @.,< Е-, В/ 0,338 0,327 0,327 270 140 3 ° 10 5 ° 10 Полученные значения подвижности хорошо согласуются с известными данными. кой инжекции используется сильно поглощаемое излучение (коэффициент поглощения К 104 см е), следовательно, пакет НН3 возникает в слое толщиной 10 см=1 мкм, тогда как в иэе -4 вестном способе приход пакета к первому коллекторному контакту контролируется с точностью до 10 мкм. Также ввиду сильного поглощения излучения приход пакета НН3 к задней грани определяется с точностью до 1 мкм, а в известном способе приход пакета к первому коллекторному контакту контролируется с точностью до 10 мкм. Также ввиду сильного поглощения излучения приход пакета НН3 к задней грани определяется с точностью до 1 мкм, а в известном спо- собе приход пакета ННЗ к второму коллекторному контакту определяется с точностью до 10 мкм. Кроме того, в связи с отсутствием коллекторных контактов устраняются погрешности, связанные с шумами и нелинейностью последних, помимо этого упрощается подготовка образцов к .измерениям, устраняется такая сложная технологическая операция, как создание коллекторных выпрямляющих контактов. Пример. Образцы выполняют из нелегированного rt- 3n Sbc концентрацией нескомпенсированных доноров Nd - И, = 10 см . Толщина пластины составляет 1,5 10 2 см. Измерения проводят при Т"-140 К. Омические контакты наносят .сплавом индия с теллуром, С помощью держателя образцы устанавливают между полюсами электромагнита, после. чего к контактам кристалла подаютэ электрическое поле. На одной из соответствующих граней образца коротким лазерным импульсом генерируется пайет ННЗ. Измерения проводят при постоянном магнитном поле. Значение 0ощ определено стандартным методом и составляетрое„=27,3 м /В, ° с. Изме2 рения проводят-при нескольких значениях электрического поля. Результаты измерений и вычислений по формуле приведены в таблице. 1056316 Фиг.2 Составитель Л.Смирнов Редактор Н.Бобкова Техред И.Гайду Корректор о.Тигор Заказ 9320/49 Тирам 703 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, йе35, Раущская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, И.ужгород, ул.Проектная, 4 В известном способе упрощено из.мерение подвижности НН3 заряда. В предлагаемом способе это упрощение 1 сохраняется, а также расширяется класс исследуемых материалов в сторону полупроводников с малой диффузионной длиной и упрощается подготов ка образца,.
