Способ определения рекомбинационных параметров полупроводниковых материалов

 

Изобретение относится к метрологии электрофизических параметров полупроводников и может быть использовано для контроля рекомбинационных параметров стандартных полупроводниковых пластин - скорости поверхностной рекомбинации и объемного времени жизни неосновных носителей заряда. Цель изобретения обеспечение возможности раздельного определения объемного времени жизни и скорости поверхностей рекомбинации и расширение класса контролируемых материалов. Согласно изобретению образец поочередно облучает возбуждающим излучением на двух длинах волн из диапазона собственного поглощения исследуемого материала, связанных определенным соотношением. При этом возбужденную часть полупроводника облучают зондирующим излучением с длиной волны из области поглощения свободными носителями заряда. Регистрируют относительное изменение интенсивности прошедшего через образец зондирующего излучения, обусловленное возбуждением неравновесных носителей заряда возбуждающим излучением на каждой выбранной длине волны. По относительному изменению интенсивности, измеренному при двух длинах волн возбуждающего излучения, раздельно определяют искомые параметры. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для контроля рекомбинационных параметров стандартных полупроводниковых пластин (скорости поверхностной рекомбинации и объемного времени жизни неосновных носителей заряда), применяемых для изготовления полупроводниковых приборов. Контролю могут подвергаться исходные материалы или пластины в технологическом процессе. Цель изобретения обеспечение раздельного определения объемного времени жизни τ_o и скорости поверхностной рекомбинации S, а также расширение класса контролируемых материалов. На чертеже представлена схема устройства для реализации предлагаемого способа. Устройство содержит лазерный источник 1 зондирующего излучения, источники 2 и 3 возбуждающего излучения с длинами волн λ₁ и λ₂ соответственно, расположенные по ходу возбуждающего излучения зеркало 4, механический модулятор 5 с частотой вращения ω₁ и оптронную пару 6, расположенные по ходу зондирующего излучения поглотитель 7, механический модулятор 8 с частотой вращения ω₂, фокусирующую линзу 9, держатель с исследуемым образцом 10, установленный на поворотном угломерном устройстве 11, собирающую линзу 12, поляризатор 13 и фотоприемник 14, электрически соединенный с предусилителем 15, выход которого соединен с входами двух селективных усилителей 16 и 17, настроенных на частоты модуляции механических модуляторов 5 и 8 соответственно; выход усилителя 16 соединен с сигнальным входом синхронного детектора 18, вход синхронизации которого электрически соединен с оптронной парой 6, а выход с входом Х аналогового делителя 19, вход Y которого соединен с выходом усилителя 17, а выход с регистрирующим устройством 20. П р и м е р. Определяют рекомбинационные параметры двусторонне полированных пластин кремния n-типа с удельным сопротивлением ρ 7,5 Ом ˙ см ориентации (100); толщина пластины d 380 мкм. Образец облучают одновременно зондирующим излучением лазерного источника 1, промодулированным с частотой вращения ω₂ механического модулятора 8, и возбуждающим излучением источника 2 с длиной волны λ, промодулированным с частотой ω₁ механическим модулятором 5. Прошедшее через образец 10 зондирующее излучение собирают линзой 12 и направляют на фотоприемник 14. Сигнал с фотоприемника, предварительно усиленный предусилителем 15, подают на входы селективных усилителей 16 и 17, выделяющих соответственно составляющие, пропорцио- нальные изменению сигнала за счет генерации неравновесных носителей (Δ I) и полной интенсивности прошедшего излучения (I). Для повышения отношения сигнал-шум в канале Δ I проводят синхронное детектирование этого сигнала, используя в качестве опорного сигнал с оптронной пары 6. Для получения требуемого сигнала используют аналоговый делитель 19, с выхода которого сигнал подают на регистрирующее устройство 20. После проведения измерений на длине волны возбуждающего излучения λ₁, генерируемого источником возбуждающего излучения 2, из канала возбуждения выводят зеркало 4 и повторяют измерения при длине волны возбуждающего излучения λ₂, генерируемого источником 3 возбуждающего излучения. Величины τ_o и S рассчитывают по измеренным значениям и согласно формулам (1-R)γσ(E)Qτ^* (1) S (2) τ_o= (3) где R коэффициент однократного отражения на длине волны возбуждающего излучения; γ квантовый выход процесса поглощения фотонов света с генерацией неравновесных носителей; Q плотность мощности возбуждающего излучения; σ (Е) сечение поглощения зондирующего излучения; τ* эффективное время жизни; α₁, α₁ коэффициенты поглощения на длинах волн соответственно λ₁ и λ₂ возбуждающего излучения;
τ₁*, τ₂* эффективное время жизни на длинах волн соответственно λ₁ и λ₂ возбуждающего излучения;
D коэффициент диффузии, характеризующий исследуемый материал. Для контроля слабопоглощающих образцов образец 10 с помощью поворотного устройства 11 предварительно ориентируют под углом Θ к зондирующему излучению, равному углу Брюстера для исследуемого материала, а ось главного пропускания поляризатора 13 устанавливают перпендикулярно плоскости падения зондирующего излучения. В качестве источников 2 и 3 возбуждающего излучения используют криптоновый лазер с длиной волны излучения λ₁ 0,68 мкм (α₁ 2 х 10³ см^-1) и аргоновый лазер (λ₂ 0,46 мкм, α₂ 2 ˙ 10⁴ см^-1); обе длины волны находятся в диапазоне межзонного поглощения кремния и удовлетворяют условию
λ₂≅ ± где λ_g длина волны, соответствующая ширине запрещенной зоны полупроводника, λ_g 1,12 мкм;
λ_q длина волны фонона; λ_q 21,4 мкм;
A постоянная, зависящая от исследуемого материала, A (5)^1/P, P 2 для кремния. В качестве источника зондирующего излучения используют стабилизированный CO₂-лазер с длиной волны λ 10,6 мкм. Исследуемая пластина кремния устанавливается под углом Θ arctg (11,7) 74^о к зондирующему излучению. Значения эффективных времен τ₁^* и τ₂^*, определенные в соответствии с формулой (1) по измеренным значениям относительного изменения величины прошедшего через образец зондирующего излучения и обусловленные поочередным возбуждением образца источниками 2 и 3 возбуждающего излучения соответственно, составили τ₁* 6,0 мкс, τ₂* 5,6 мкс. По формулам (2) и (3) определяют соответствующие значения объемного времени τ_o 14,3 мкс и скорости поверхностной рекомбинации S 1600 см/с.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕКОМБИНАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, включающий облучение образца модулированным по интенсивности возбуждающим излучением с длиной волны из области межзонного поглощения исследуемого материала, облучение возбужденной области полупроводника зондирующим излучением с длиной волны из области поглощения свободными носителями заряда, измерение относительного изменения интенсивности прошедшего через образец зондирующего излучения и определение эффективного времени жизни τ^* расчетным путем, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности раздельного определения объемного времени жизни t_o и скорости поверхностной рекомбинации S, облучение образца возбуждающим излучением проводят поочередно на двух длинах волн λ₁ и λ₂, причем λ₂ выбирают из условия

где λ_g длина волны, соответствующая ширине запрещенной зоны полупроводника;
λ_q длина волны фонона;
A постоянная, зависящая от исследуемого материала,
величины объемного времени жизни τ_o и скорости поверхностной рекомбинации S определяют по формулам


где D коэффициент диффузии, характеризующий исследуемый материал;
α₁, α₂ коэффициенты поглощения на длинах волн соответственно λ₁ и λ₂, возбуждающего излучения;
τ^*₁, τ^*₂ эффективное время жизни на длинах волн соответственно λ₁ и λ₂, возбуждающего излучения. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью расширения класса контролируемых материалов, образец ориентируют под углом Брюстера к зондирующему излучению, а прошедшее через образец излучение поляризуют в плоскости, перпендикулярной плоскости падения.

РИСУНКИ

Рисунок 1