Способ определения потенциалов на границе раздела в полупроводниковых структурах

 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для определения потенциалов на границах раздела в полупроводниковых структурах. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности определения потенциалов на нескольких границах раздела в многослойных полупроводниковых структурах. Многослойную структуру облучают импульсами света с энергией квантов, устанавливаемой таким образом, чтобы при каждом следующем импульсе количество слоев, поглощающих свет, увеличивалось на один. При этом на зависимостях фотоЭДС структуры от времени появляются характерные изломы, по которым можно разделить эти зависимости на несколько участков. Экстраполируя эти участки до пересечения с осью фотоЭДС, получают значения потенциалов на границах раздела структуры по отрезкам, отсекаемым на оси фотоЭДС. 2 ил. с S (/)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1У БЛИК (so 4 Н 01 Ь 21/66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1001236 (21) 3873740/31-25 (22) 28.03.85 (46) 15.03.87. Бюл. У 10 (71) Институт радиотехники и электроники АН СССР (72) В.И. Поляков, П.И. Перов и М.Г. Ермаков (53) 621.382(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1001236, кл. Н 01 1 21/66, 1981. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛОВ

НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ (57) Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для. определения потенциалов на границах раздела в полупроводниковых структурах. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности определения потенциалов на нескольких границах раздела в многослойных полупроводниковых структурах. Многослойную структуру облучают импульсами света с энергией квантов, устанавливаемой таким образом, чтобы при каждом следующем импульсе количество слоев, поглощающих свет, увеличивалось на один. При этом на зависимостях фотоЭДС структуры от времени появляются характерные изломы, по которым можно разделить эти зависимости на несколько участков. Экстраполируя эти участки до пересечения с осью фотоЭДС, получают значения потенциалов на границах раздела структуры по отрезкам, отсекаемым на оси фотоЭДС. 2 ил.

12971

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для определения потенциалов на границах раздела в полупроводниковых структурах. 5

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности определения потенциалов на нескольких границах раздела в многослойных полупроводни- 10 ковых структурах.

На фиг. 1 приведена энергетическая диаграмма полупроводниковой структуры n Al Ga As — GaAs-GaAs;

05 07

15 на фиг. 2 — полученные экспериментально зависимости фотоЭДС U от времени t, На фиг. 1 и 2 обозначены величины потенциалов (изгибов зон) (р,,(,(; 20 энергия квантов возбуждающего света

Ьд, энергия, соответствующая дну зоны проводимости Е> энергия, соответствующая потолку валентной зоны Е„; зависимость фотоЭДС V от времени с 25 при облучении структуры светом с энергией квантов ЬЫ, лежащей в интервале Е сЬисŠ— кривая 1; зависимость фотоЭДС V от времени t при облучении структуры светом с энергией квантов Ь(й)Е Qo

О,З апач 8 кривая 2; где E — ширина запрещенной зоны Ga As; E

3 о»оп ширина запрещенной зоны А1 Gas As; значения фотоЭДС, полученные экстраполяцией участков зависимости V от времени Е к моменту начала (t=0) светового импульса — U, V, U, 40

Пример. Способ был использован дхй определения потенциалов на границах раздела в полупроводниковой структуре n Al о; Gа т Aз — Ga As — y5

Ga As, предназначенной для создания сверхбыстродействующих транзисторов.

Источником импульсного света служила фотовспышка, имеющая в импульсе длительностью 3 200 мкс номинальную 50 электрическую энергию "36 Дж. Необходимую энергию квантов светового импульса обеспечивали с помощью светофильтров. Временную зависимость фотоЭДС регистрировали на запоминающем осциллографе С8-17. Определение потенциалов на границе раздела структуры осуществляется следующим образом.

На структуру подается напряжение

33 2 смещения (V,„ ). Затем она освещается импульсом света с энергией квантов

Е с hca сЕ. р д, большей фСia Pg у 05 01 Аэ лишь ширины запрещенной зоны самого узкозонного материала (Ga As, фиг.1), и с интенсивностью, достаточной для достижения фотоЭДС насыщения, и измеряется временная зависимость фотоЭДС

7 (t) (фиг. 2), на которой четко вйдны характерные участки и изломы.

При таком освещении наличие трех характерных участков и двух резких изломов между ними (фиг. 2, кривая 1) свидетельствует о спрямлении барьеров cp, q > в Са As и последовательном достижении насыщения связанных с ними барьерных фотоЭДС ° В области первого излома достигает насыщения фотоЭДС от барьера Ч . Поэтому, экстраполируя участок зависимости U>(t) после первого излома к моменту начала светового импульса при t=O находим ср =q Ч =0,22 эВ, где q — заряд электрона. Экстраполяцией участка зависимости V (!) после второго излома определяем (у =0,26 эВ.

Постоянная времени нарастания барьерной фотоЭДС прямо пропорциональна,произведению барьерной емкости на величину фотоЭДС насыщения и обратно пропорциональна количеству поглощаемых фотонов в области собирания фотоносителей ° Отличительной чертой кривой роста фотоЭДС является резкий переход от участка нарастания (безинжекционный режим) к стационарному значению. Переходный участок составляет интервал порядка теплово- го напряжения КТ/q где К вЂ” постоянная Больцмана, Т вЂ” температура полупроводниковой структуры, и на графике воспринимается как излом на кривой роста. Поэтому наблюдаемое прн освещении полупроводниковой структуры суммирование нескольких барьерных фотоЭДС, практически всегда имеющих разные постоянные времени нарастания, и приводит к нескольким характерным участкам и нескольким изломам на временной зависимости фотоЭДС структуры. Меняя интенсивность светового импульса и направление освещения структуры, можно изменить соотношение между постоянными времени нарастания фотоЭДС от разных барьеров.

После определения потенциалов изгибов зон ср и(g на границах са3 12971 мого узкозонного материала — Ga As полупроводниковая структура освещается импульсом света с энергией квантов hu Е „ .A >АзЕ „. „, поо, ооу 5 4 Аз глощаемых в двух полупроводниковых материалах Ga As u Al ss Ga As. При таком освещении происходит спрямление зон в обоих материалах и на временной зависимости фотоЭДС наблюдаются четыре характерных участка и три

10 излома, обусловленных последовательным достижением насыщения фотоЭДС от барьеров с,,(у и ср (фиг. 2, кривая 2). Экстраполируя характерные участки зависимости V (с) после каж1S F дого излома к моменту начала светового импульса при t=0 и уже зная yz u находим величину с, = О, 1i эВ.

Таким образом, найдены потенциалы (изгибы зон) на границах раздела трехслойной полупроводниковой структуры. Аналогично проводится определение потенциалов на границах раздела и при большем количестве полупроводниковых слоев.

Формула и з о б р е т е н и я

Способ определения потенциалов на о границе раздела в полупроводниковых

33 4 структурах по авт. св. ¹ 1001236, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей путем обеспечения возможности определения потенциалов на нескольких границах раздела в многослойных полупроводниковых структурах, импульсное освещение производят столько раэ, сколько различающихся по ширине запрещенной эоны материалов слоев содержит полупроводниковая структура, причем энергию квантов света при каждом последующем импульсе освещения устанавливают больше ширины запреденной зоны последовательно каждого из этих материалов слоев из условия увеличения числа поглощающих материалов слоев на один, при каждом импульсе освещения измеряют зависимость фотоЭДС от времени до ее насыщения, экстраполируют участки полученных зависимостей после каждого излома к моменту начала импульса освещения и по полученным значениям фото ЭДС определяют потенциалы на границах полупроводниковых материалов структуры.

1297133 л Ф 3

Составитель Л. Смирнов

Редактор А. Лежнина Техред B.Kàäàð Корректор Е. Рошко

Заказ 786/56 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4