Способ определения параметров неосновных носителей заряда в полупроводниках

 

Изобретение относится к метрологии электрофизических параметров полупроводников. Цель изобретения повышение точности и упрощение способа определения параметров неосновных носителей заряда (ННЗ) в полупроводниках. Согласно способу образец, имеющий выпрямляющий контакт, облучают фиксированным значением длины волны из длинноволновой области спектральной чувствительности образца. Измеряют фототоки и емкости образца при двух различных значениях напряжения обратного смещения на образце. Причем измерение фототока через образец осуществляют при отсутствии и наличии воздействия на образец магнитным полем, вектор индукции которого параллелен поверхности образца. Искомые величины холловской подвижности ННЗ, времени жизни и диффузионной длины определяют расчетным путем. 1 ил.

Изобретение относится к области полупроводниковой техники и может быть использовано для контроля параметров неосновных носителей заряда (ННЗ) в полупроводниковых материалах, используемых для изготовления полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. Целью изобретения является повышение точности и упрощение способа определения параметров ННЗ. На чертеже представлена схема измерительной установки, реализующей способ. Установка включает полупроводниковый образец 1, выпрямляющий контакт 2, полюса 3 электромагнита, источник 4 монохроматического света с фиксированным значением длины волны света, измеритель 5 фототока и измеритель 6 емкости. П р и м е р. Согласно способу измеряют параметры ННЗ и в n-базовой области (с удельным сопротивлением 250 Ом˙см) кремниевого р⁺-n-перехода, полученного путем диффузии глубиной порядка 0,2 мкм. Образец помещают в зазор между полюсами электромагнита постоянного тока со значением индукции В 1,776 Тл таким образом, чтобы вектор индукции был параллелен поверхности образца. При освещении полупроводниковой структуры с выпрямляющим контактом (p-n-переход, барьер Шоттки) в длинноволновой области спектральной чувствительности, когда выполняется условие α w << 1, где α коэффициент поглощения света, w ширина обедненной области выпрямляющего контакта, генерируются неосновные носители заряда, которые создают фототок короткого замыкания. Освещают образец монохроматическим светом длиной волны 1 мкм (при этом α 5,7˙10^-3 мкм^-1, и выполняется условие α w << 1). Подают напряжение обратного смещения U₁ 1 B и измеряют соответствующее значение барьерной емкости С₁ фототока I₁ короткого замыкания при отсутствии магнитного поля. Воздействуют на образец магнитным полем. Под действием магнитного поля, вектор индукции которого параллелен поверхности образца, ННЗ диффундируют к выпрямляющему контакту под углом Холла относительно нормали к поверхности выпpямляющего контакта. Регистрируют фототок I₁в короткого замыкания при воздействии магнитного поля. Затем повторяют измерения (измеряются соответствующие величины С₂, I₂ и I_2в) при значении напряжения обратного смещения U₂ 5 В. Полученные значения приведены в таблице. По формуле определяют холловскую подвижность ННЗ μ · -1 где β_в= I_1в/I_2в; β I₁/I₂ Величина μ 371,8 см³/Вс. По формуле определяют диффузионную длину L ННЗ L ε_oεS где ε _o- диэлектрическая постоянная; ε относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника; S площадь поверхности выпрямляющего контакта, с учетом того, что ε _o 8,85˙10^-2 пФ/см, ε11,8 для кремния и S 0,101736 см² для данного образца, диффузионная длина ННЗ составила L 92,1 мкм. Определяют также время жизни ННЗ τ по формуле τ L²/ где k постоянная Больцмана; Т температура образца; q заряд электрода;
r Холл-фактор. Принимая r 1,18, а КТ/q 0,026 В при комнатной температуре, определяют время жизни ННЗ τ 10,4 мкс. В способе определения параметров ННЗ согласно изобретению коэффициент отражения света от поверхности не влияет на измеряемые величины μ, L, τ, что позволяет повысить точность измерения. Отпадает также необходимость измерения спектральной зависимости коэффициента поглощения света α поддерживая при этом постоянным интенсивность света, что приводит к упрощению способа. Установка для реализации предлагаемого способа также упрощается, так как вместо монохроматического источника с перестраиваемой длиной волны света применяется источник с одним фиксированным значением длины волны света. Применение в составе установки для реализации способа измерителя емкости позволяет совместить предлагаемый способ измерения параметров ННЗ с широко распространенными в настоящее время Вольт-Фарадными методами измерения параметров полупроводников, что дает возможность произвести контроль широкого класса параметров полупроводников (профиль распределения примесей, подвижность, диффузионная длина, время жизни ННЗ).

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ПОЛУПРОВОДНИКАХ, включающий облучение образца, имеющего выпрямляющий контакт, монохроматическим светом из длинноволновой области спектральной чувствительности образца, измерение фототока через образец при отсутствии и при наличии воздействия на образец магнитным полем, вектор индукции которого параллелен поверхности образца, определение искомых параметров расчетным путем, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения способа, дополнительно подают на образец напряжение обратного смещения, измеряют фототоки и емкости образца при двух различных значениях напряжения обратного смещения на образце и вычисляют холловскую подвижность μ по формуле

диффузионную длину L по формуле

время жизни τ по формуле

где B индукция магнитного поля;
β = I₁/I₂ , I₁ и I₂ фототоки через образец при двух различных значениях обратного смещения V₁ и V₂ на образце соответственно, без водействия магнитного поля на образец;
β_в= I_1в/I_2в, I_1b и I_2b фототоки через образец при двух различных значениях обратного смещения V₁ и V₂ на образце под воздействием магнитного поля соответственно;
С₁ и С₂ емкости структуры при двух различных значениях обратного смещения V₁ и V₂ на образце соответственно;
ε_o диэлектрическая постоянная;
ε относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника;
S площадь поверхности выпрямляющего контакта;
K постоянная Больцмана;
T температура образца;
q заряд электрона;
r Холл-фактор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2