Способ определения времени релаксации заряда на поверхности твердотельного электрода

 

Изобретение .относится к электроизмерительной технике и предназначено для исследования поверхностных состояний полупроводников, диэлектриков и металлов, применяемых в полупроводниковой технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения времени релаксации заряда на поверхностных центрах накопления. Для этого электрод помещают в электрохимическую измерительную ячейку и подают внешнюю развертку потенциала. Вольт-амперные характеристики получают при двух разнящихся скоростях развертки, обеспечивающих регистрацию максимума нестационарного разрядного тока. Значение сдвига между максимумами делят на разности этих же скоростей. При этом в каждом случае развертку начинают от постоянного начапьного значения исходного потенциала электрода. 2 ил. i сл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОРИА ЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU,» 40141 (sD 4 С 01 R. 31/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4050333/24-21 (22) 07.04.86 (46) 07.06.88. Бюл. У 21 (71) Ереванский политехнический институт им. К.Маркса (72) Ж.P.Ïàíîñÿí и Г.С.Борназян (53) 681.17 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 970272, кл. G 01 R 29/12, 1981. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ РЕЛАКСАЦИИ ЗАРЯДА НА ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА (57) Изобретение .относится к электроизмерительной технике и предназначено для исследования поверхностных состояний полупроводников, диэлектриков и металлов, применяемых в полупроводниковой технике. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей эа счет измерения времени релаксации заряда на поверхностных центрах накопления. Для этого электрод помещают в электрохимическую измерительную ячейку и подают внешнюю развертку потенциала. Вольт-амперные характеристики получают при двух pasнящихся скоростях развертки, обеспечивающих регистрацию максимума нестационарного разрядного тока. Значение сдвига между максимумами делят на разности этих же скоростей. При этом в каждом случае развертку начинают от постоянного начального значения исходного потенциала электрода. 2 ил.

1401415

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для исследования поверхностных состояний полупроводников и диэлект5 риков, применяемых в полупроводниковой технике.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей за счет измерения времени релаксации зарядов различных центров накопления поверхностных состояний и уменьшение времени измерения за счет регистрации максимумов нестационарного разрядного тока различных центров накопления поверхностных состояний при разных скоростях развертки потенциала между электродами.

Цель достигается тем, что по способу определения времени релаксации заряда на поверхности твердотельного электрода, заключающемуся в том, что электрод помещают в измерительную ячейку, в качестве измерительной ячейки используют электрохимическую, на электрод воздействуют линейно нарастающим потенциалом в двух последо» вательных циклах измерения при разных скоростях нарастания, нарастание потенциалов в обоих циклах производят от фиксированного начального зна- . чения, регистрируют моменты появления максимумов нестационарного разрядного тока в кажцом цикле измерения, определяют время релаксации заряда по формуле гЧг — tiVi3

- t

2 где t и и — моменты появления максим.

40 мумов нестационарного разрядного тока; V и Ч вЂ” значения скоростей нарастания потенциалов в б их иклах о о ц

Когда в электролит помещают твердотельный электрод, например полупроводниковую пластинку с изолированным омическим контактом, тыльной стороной, на исследуемой границе, приве- 50 денной. B контак с электролитом, образуется двойной слой Гельмгольца. Если на энергетическом распределении плотности поверхностных состояний полупроводника и-типа имеется максимум, то при увеличении потенциала

55 электрода в сторону значений более положительных, чем начальное, кокизируются новые глубокие уровни, котоРые до этого были заняты электронами, изменяется их заряд, дпя нейтрализации которого к поверхности из раствора притягиваются новые группы ионов, замыкая цепь протекания тока, и тем самым формируется максимум нестационарного разрядного тока на вольт-амперных кривых. Таким образом, устанавливается новое распределение поверхностного заряда. Те же рассуждения справедливы и для полупроводника Р-типа, диэлектрика и металла.

Так как заряд поверхностных состояний изменяется с ростом электродного потенцилаа не мгновенно, а с некоторой задержкой времени Г, равной времени релаксации повехностного заряда, то должен наблюдаться сдвиг максимума нестационарного тока в зависимости от V. Предположим, что поверхностные состояния с максимальной плотностью и временем релаксации Г ионизируются под потенциалом ср . При развертывании электродного потенциала со скоростью V, ионизация этих состояний и соответственно максимум тока на вольт-амперной кривой, наблюдаются под потенциалом ср, и сдвиг относительно с равен Ц,-Ч=„! = ь V (1)

То же можно написать и для скорости Чг

У 1 ь Чг .. (2)

Потенциалы Ц>(и (p получают из вольт-амперных кривых, V u V заданные скорости развертки потенциала. Из (I) и (2) можно рассчитать

Мг- Р

V - V, Учитывая, что ц>, = t V, и ср, = гДе t, и t — время (отсчитанное с начала развертки) достижения электродного потенциала ср, и с соответственно при Ч, и V, выражение (3) можно привести к виду ,р )tгvò — t iyil

Ч - Ч, На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для осуществления способа, на. фиг. 2 — осциллограммы вольт-амперных характеристик для электрода из поликристаллического TiO (леги, ° г рованного Fe) в однонормальном электролите МаОН, полученные при двух

3 14014 различных Ч (осциллограмма Т получена при V = 40 мВ/с, осциллограмма II при V = 80 мВ/с).

Блок-схема устройства содержит

5 исследуемый электрод 1, электрод 2 сравнения, вспомогательный платиновый электрод 3, электрохимическую измерительную ячейку 4 с электролитом, потенциостат 5, позволяющий

10 поддерживать потенциал постоянным, или изменять его по заданной скорости в зависимости от времени по линейному закону, запоминающий осциллограф 6 и миллиамперметр 7. 15

3а начальное значение исходного потенциала развертки принят равновесный электродный потенциал.

Способ осуществляют следующим образом. 20

Исследуемый электрод 1 помещают в электрохимическую измерительную ячейку 4 с электролитом, который выбирается с учетом его ингибирующих свойств относительно коррозии дан- 25 ного материала. В режиме разомкнутой цепи на потенциостате 5 устанавливают начальное значение исходного потенциала, от которого начинается развертка потенциала. Начальное значение исходного потенциала выбирают иэ области потенциалов, где ожидается наблюдение максимума нестационарного тока, после чего потенциостат приводят в режим замкнутой цепи и на миллиамперметре 7 фиксируют уста35 новившееся значение стационарного тока ячейки, которое должно быть одинаково для различных V.

Скорость развертки потенциала V выбирают с учетом возможности регистрации максимума нестационарного то. ка, поскольку с увеличением V максимум получается отчетливее. Зависимость тока от времени развертки t (от потенциала (g tV) прн двух раз45 личных V регистрируют на экране запоминающего осциллографа, который работает в режиме запоминания и ждущей развертки, т.е. движение электронног АЧ2 < Ч<1 с— )

Vz — V где t < и t — время (отсчитанное от начала развертки с осциллографа) появления максимумов нестационарного тока при двух скоростях развертки потенциала V, и Ч соответственно.

Формула из-обретения

Способ определения времени релаксации заряда на поверхности твердотельного электрода, заключающийся в том, что электрод помещают в измерительную ячейку, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и уменьшения времени измерения, в качестве измерительной ячейки используют электрохимическую, на электрод воздействуют линейно нарастающим потенциалом в двух последовательных циклах измерения при разных скоростях нарастания, нарастание потенциалов в обоих циклах производят от фиксированного начального значения, регистрируют моменты появления максимумов нестационарного разрядного тока в каждом цикле измерения, определяют время релаксации заряда по формуле где t u t — моменты появления максимумов нестационарного разрядного тока; значения скоростей нарастания потенциалов в обоих циклах.

Vi HVz

4, го луча начинается одновременно с началом изменения потенциала, что обеспечивается связью между осциллограФом и потенциостатом. Затем на осциллограммах, полученных при двух различных U фиксируют время появления максимума нестационарного тока, по которому рассчитывают

1401415

Составитель А. Водопьянов

Техред И.Верес Корректор В.Бутяга

Редактор П. Гереши

Заказ 2781/45 Тираж 772 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