Бесконтактный способ определения эффективного времени жизни неравновесных носителей заряда в полупроводнике

 

СОЮЗ СЬ8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 ((9)SU(((( (51)5 Н 0 21 66 (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ HGMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTIM (46) 23.08,90. Бюл. Р 31 (21) 3874095/31-25 ,(22) 23.01.85 (71) Институт полупроводников

АН УССР (72) В.K.Ìàëþòåíêo и Г.И.Тесленко .(53) 621.382(088.8) (56) Ковтонюк Н.Ф., Концевой Ю.А.

Измерения параметров полупроводниковьм материалов. М, Металлургия, 1970, с. 177-179.

Блад П., Оргон Дж.В. Методы измерения электрических свойств полупроводников. Зарубежная радиоэлектроника, 1981, И» 2, с, 24. (54) БЕСКОНТАКТНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ НЕРАВНОВЕСНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ПОЛУПРОВОДНИКЕ ,(57) Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для определения времени жизни носителей заряда в полупроводниках. Целью изобретения является упрощение определения зффективно. го времени жизни неравновесных носителей заряда для расширенного класса полулроводниковых материалов, включая и нелюминесцирующие. Регистрируют после оптического возбуждения импульсов излучения плотность теплового излучения в диапазоне длин волн hc/Eg а > c % „поглощения на свободньм носителях заряда полупроводникового образца, имеющего толщину .

1(n(2 «n d 1/К, где h„длина волны, соответствующая плазменно-. му îтражению1 n - показатель преломления исследуемого полупроводника, Г

К вЂ” коэффициент поглощения излучения; h — постоянная Планка, с — скорость света в вакууме, Eg — ширина запрещенной зоны исследуемого полупроводника. Время жизни носителей saряда определяют по времени изменения теплового излучения в 1 раз. Слособ не требует создания контактов, 2 калибровки фотоприемника, пригоден для нелюминесцирующих материалов, не требует охлаждения образцов. 1 нл.

1384117 1

Изобретение оти снтся к полупро водниковой технике и может быть использовано для определения времени жизни носителей заряда в полупровод.5 никах.

Цель изобретения - упрощение определения эффективного времени жизни неравновесных носителей заряда для расширенного класса полупроводниковых 10 материалов, включая и нелюминесцирующне.

На чертеже приведена зависимость коэффициента поглощения К для GaAs и-типа проводимости от длины волны излучения прн комнатной температу- .

PQ, П р и и е р 1. Исследуют полупроводник GaAs и-типа проводимости при температуре, близкой к комнатной. 20

Анализ зависимости коэффициента поглощения К от длины волны излучения % показывает, что быстрое возрастание К в .коротковолновой области соответствует краю собственного погло-25 щения; возрастание К в длинноволновую сторону обусловлено поглОщением на свободных носителях. Плотность теплового излучения следует регистрировать в диапазоне длин волн ЗО

0,9 мкм 6<90 мкм, так как ширина запрещенной эоны E = 1,4 эВ, be/Å =

0,9 мкм, плазменная длина волны для максимальной концентрации электI8 родов n = 10 см, определенная о

28сп m по формуле Ъ = —.—.— — — ° ()

q и, равна 90 мкм (где Ь - постоянная

Планка; c — скорость света в вакууме;, n — - показатель преломления СаАз1

q — - заряд электрона; я „ длина волны излучения, соответствующая плазменному отражению, и, — максимальная концентрация электронов; y — длина волны излучения, m — эффективная

45 масса электрона.

Для, детектирования излучения использовался фоторезистор иэ

СЙ,И8 8Те при 77 К, который имеет границу чувствительности при р =11мкм.

Таким образом, практически диапазон длин волн 1-11 мкм. Иаксимальный коэффициент поглощения в этом диапазоне .равен для максимальной коицентра- 55

38 -Ф ции электронов 10 см .К = 200 см..

Следовательно толщина d образца должна быть в пределах 0,52 «,d, 4 50 мкм, например 10 мкм.

Для длины волны q 0,8 мкм.поглощение определяется межзонными rieреходами. Коэффициент поглощения для таких переходов зависит от энергии кванта и не зависит от концентрации носителей заряда, Таким образом,временная зависимость плотности излучения на длине волны 0,8 мкм не будет пропорциональна концентрации носителей и эффективное время жизни не может быть определено на этой длине волны. Кроме того, коэффициент поглощения для Ъ 0,8 мкм больше

10 см" и условие. d 1/К - не выполняется. В этом случае излучательная способность полупроводника не зависит от концентрации носителей заряда. Это вторая причина, почему на этой длине волны невозможно из-. мерить время жизни носителей заря-да.

П р и и е р 2. Тот же материал при той же температуре. Длина волны

1.мкм. Этой длине волны соответствует К 2 см, и поглощение происходит на свободных носителях и выполняется условие й.« 1/К, так как 1/К *

= 5000 мкм., В этом случае временная. зависимость плотности теплового из лучения повторяет временную зависимость концентрации неравновесных носителей, из который по стандартной методике спадания в е раз определяет" ся эффективное время жизни.

Пример 3. Тот же материал при той же температуре. Длина волны 6 мкм. Этой длине волны соответствуют (см.чертеж) К 3 см, и поглощение происходит на свободных носителях. .Условие d «1 /Ê выполняется; так как 1/К = 3300 мкм. Следовательно, временная зависимость плотности теплового излучения повторяет временную зависимость концентрации неравновесных носителей заряда, и время жизни может быть определено.

Пример 4. Длина волны 11мкм.

Она соответствует поглощенюо на свободных носителях, К = 15 см, 1/К

= 666 мкм » d. Следовательно, так же,как и в предыдущих примерах,эффективное время жизни может быть .определено.

Пример 5. Длина волны-12 мкм.

Чувствительность фотодетектора равна нулю,так как энергия кванта излучения меньше ширины запрещенной зог ны фотодетектора. Таким образом,.нв, 13841! 7

Д,ияли этой длине волны с данным детектором время анзни не макет быть определано, Ввиду, отсутствия фотодетектора с чувствительностью к излучению Ф 90 мкм ограиичш ись длиной волны

12 икм.

Формула иэоб ретения

Весконтактный способ определения эффективного времени аиэни неравно» весных носителей заряда в полупро» воднике, включающий создание неравно. весной концентрации свободных носите- 15 лей путем. импульсного облучения, измерение плотности излучения из полупроводника и вычисление времени щиэни по времени спада измеряемой величины В е pcs пОсле ОНОнчания импуль» са облучения, о т л и ч а ю m и и с я .тем, что, с целью упрощения определе.Ния эффективного времени яизни неравновесных носителей заряда для .расширенного класса. полупроводниковых материалов, включая и нелюминесцирующие, регистрируют плотность теплоsoro излучения полупроводника в диаhc пазонЕ длин волн -" а Ъ c %, соответ9 атвующих поглощению на свободных но" сителях, а толщину исследуемого образ%у, 3 ца выбирают Яэ условия, w4 w -, 2вп" где К - коэффициент поглощения излучения в выбранном диапазоне

ДЛИН ВОЛН

d - толщина обраэца1

Е - ширина запрещенной зоны

3 исследуемого полупроводника

%„ — длина волны, соответствующая плазменному отражению, и - показатель преломления йсследуемого полупроводника, с - скорость света в вакууме

b постоянная Планка.