Способ определения электрически активных примесей в полупроводниковых структурах с р - п-переходом

 

Изобретение относится к технике выявления электрически активных примесей в полупроводниковых материалах. Цель изобретения - повышение точности измерения и определение разных типов примесей. Для образования слоя пространственного заряда в P - N-переходе полупроводниковых структур к образцу прикладывается обратное смещение. Образец 4 возбуждается до заполнения электрически активных примесей. Затем возбуждение прекращается и осуществляется измерение процесса перехода носителей заряда в термически равновесное состояние при наличии обратного смещения и температуры образца. При этом измерение переходного процесса осуществляют путем измерения поглощения СВЧ-поля, воздействующего на образец, что повышает точность измерения электрически активных примесей в полупроводниках. Операции возбуждения и измерения переходного процесса могут периодически повторяться. Для определения разных типов примесей осуществляют изменение частоты повторения. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОЕЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 С 01 11 22/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К FlATEHTY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (89) PCT/HV 87/00016 от 17.03.87 (21) 4203877/09 ,(22) 16. 11.87 (31) 1096/06 (32) 17.03.86 (33) HU (46) 07,08.91. Бюл. У 29 (71) Мадьяр Тудоманьош Академиа Мюсаки Оизикаи Кутато Интезет (HU) и Др. Вольфганг ЯНЧ (AT) (72) Вольфганг ЯНЧ (AT) и Дьердь

Ференци (KJ) (53) 621.396.39(088.8) (56) Iliradas technica XXXVI, 1985, 10, р. 451-454. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ

Активных пРимесей в попупРоводниковых

СТРУКТУРАХ С p-n-ПЕРЕХОДОМ (57) Изобретение относится к технике выявления электрически активных примесей в полупроводниковых материалах. Цель изобретения — повышение точности

Изобретение относится к способу выявления электрически активных примесей (глубоких уровней) в полупроводниковых материалах.

Цель изобретения — повышение точности измерения и определения разных типов примесей.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства, реализующего способ определения электрически активных примесей в полупроводниковых структурах с р-и-переходом; на фиг. 2 — второй

„„SU„„! 669407 А 3

2 измерения и определение разных типов примесей. Для образования слоя пространственного заряда в р-и-переходе полупроводниковых структур к образцу прикладывается обратное смещение. Образец 4 возбуждается до заполнения электрически активных примесей. Затем возбулдение прекращается и осуществляется измерение процесса перехода носителей заряда в термически равновесное состояние при наличии обрат- ного смещения и температуры образца.

При этом измерение переходного процесса осуществляют путем измерения поглощения СВЧ-поля, воздействующего на образец, что повышает точность иэ мерения электрически активных примесей в полупроводниках. Операции возбуждения и измерения переходного процесса могут периодически повторяться.

Для определения разных типов примесей осуществляют изменение частоты повторения. 2 з.п. ф-лы, 6 ил. вариант устройства для реализации 3 способа; на фиг. Э вЂ” то ке, третий вариант; на фиг.4 — кривая Аррениуса1 построенная на основе результатов измерения, полученных с помощью устройства по второму варианту; на фиг.5 — >в графическое представление результатов (,ф изотермальных: измерений с частотньи сканированием, выполненных при четырех различных температурах с помощью устройства по третьему варианту на фиг, 6 — кривые градинка Арре1669407 януса, соответствующие показанньм на фиг. 5 результатам измерений.

Устройство, реализующее способ определения электрически активных примесей в полупроводниковых структурах с р-п-переходом, содержит стабилизированный ло частоте и амплитуде СВЧгенератор 1, циркулятор 2, СВЧ-резонатор 3, в котором располагается образец 4, лучше всего в точке максимального напряжения электрического поля. Образец 4 изготавливается иэ исследуемого материала. Образец 4 снабжен двумя электрическими соединения- 15 ми, одно из которых заземляется, а другое соединяется с линией 5 передачи импульса, которая включает в себя контур согласования полного сопротивления. Линия 5 передачи и монтаж 20 внутри резонатора 3 должны располагаться так, чтобы не была ухудшена добротность резонатора 3. В объемном резонаторе 3 это достигается за счет расположения проводов или коаксиаль- 25 ных кабелей вдоль узловой линии, в которой электрическое СВЧ-поле равно нулю.

Линия 5 передачи соединена с генератором 6 импульсов. За счет регулировки частоты и настройки резонатора

3 сводим к минимуму отражаемую резонатором 3 энергию. Коэффициент отражения измеряется с помощью СВЧ-детектора 7. Для любого критически настроен- 3S ного резонатора любое изменение в поглощении вызывает образование конечного коэффициента отражения, который пропорционален (по величине) изменению в поглощении. После СВЧ-детектора 7 40 сигнал усиливается избирательным усилителем 8 и поступает в блок 9 обработки результатов измерения. Блок 9 управляет работой генератора 6, который по линии 5 передачи подает на образец

4 импульсы смещения по постоянному току.

Устройство (фиг. 2) содержит СВЧгенератор 10, изолятор 11, управляе-.у) мый переключатель 12, первый и второй

СВЧ-мосты 13 и 14, первый и второй аттенюаторы 15 и 16, циркулятор 17, резонатор 18, блок 19 регулирования фазы, детектор 20, первый усилитель

21, блок 22 автоматической настройки частоты, второй усилитель 23, линию передачи 24, первый генератор 25 импульсов, второй генератор 26 импульсов, блок 27 обработки сигнала, ЭВИ

28 и образец 29.

Устройство (фнг. 3) содержит генератор 30, резонатор 31, СВЧ-детектор 32, генератор 33 импульсов, предусилитель 34, контур 35 удерживания, синхронный детектор 36, ЭВМ 37, блок

38 регулирования температуры. Вместо резонатора можно использовать СВЧ-рефлектометр. В этом случае образец устанавливается в торцовой части волновода, а позади образца на регулируемом интервале располагается отражатель соответствующего размера.

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

Излучение носителей из глубоких уровней, которые и являются объектом изучения, периодически запускается в результате первого заполнения этих уровней за счет использования короткого электрического импульса, который уменьшает ширину слоя пространственного заряда в результате уменьшения напряжения обратного смещения в образце 4, с помощью этого импульса заполнения свободные носители как бы развертываются в слое пространственного заряда и какая то их часть захватывается состояниями глубокого уровня.

После окончания импульса заполнения эти захваченные носители заряда вновь испускаются со скоростью излучения, которая характерна для используемого в данном случае захвата или ловушки.

Как захват, так и излучение, изменяют количество свободных носителей в образце, а следовательно, и потери энергии, т.е. поглощение.

Чтобы определить скорость эмиссии, которая является обратной величиной постоянной времени для восстановления СВЧ-отражательной способности после окончания импульса заполнения, используется усилитель 8, который предназначен для избирательного усиления обнаруженного сигнала по отношению к неизбежньи в данном случае фоновым помехам, и sa счет чего можно повысить чувствительностью

Поскольку выводной контакт образца

4 эаземпен, то появляется возможность реализовать как правильное согласование полного сопротивления, так и короткие линии передачи, а подобная схема дает воэможность использовать более короткие импульсы возбуждения, например длительностью в 100 пкс.

Устройство (фиг. 3) работает следующим образом. Отраженные от образца и рефлектора сигналы полностью смешиваются друг с другом в точке расположения детектора 32. Если в образце происходит изменение поглощения, тогда эффект компенсации становится менее эффективным и детектор 32 обнаруживает изменение в СВЧ-уровне, 30

16(i!40

Устройство (фиг. 2) работает следукщим обраэом.

Синхронизация работы устройства регулируется генератором 26. Генера5 тор 26 выдает синхрониэирующие импульсы для первого генератора 25, который в свою очередь подает импульсы возбуждения на образец 29. Генератор 26 регулирует фаэовую позицию фаэочувствительного усилителя 23, который получает сигналы об изменении поглощения в СВЧ-диапазоне во времени, усиливает эти сигналы и выводит среднее значение усиленных сигналов, синхронизированных по фазе до заданной фазовой позиции, установленной импульсами управления, которые выдаются генератором 26. Подаваемые на СВЧ-мост

СВЧ-сигналы отключаются с помощью 20 переключателя 12 на весь период действия импульсов возбуждения, которые подаются на образец, а к выключателю

12 в этот момент подаются соответствующие импульсы от генератора 26. 25

Является также предпочтите.1н ным, чтобы в течение действия импульсов заполнения достигающий детектора СВЧуровень был Ilo существу «ннулнров1в.

Этого можно добиться эа счет расстройки генератора 30.

Формула изобретения

1. Способ определения электрически активных примесей в полупроводниковых структурах с р-п-переходом, заключающийся в приложении к образцу обратного смещения для образования слоя пространственного заряда в р-ипереходе, возбуждении его до заполнения электрически активнЫх примесей и прекращении возбуждения, измерении процесса перехода носителей заряда в термически равновесное состояние при наличии обратного смещения и температуры образца, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности измерения, измерение переходного процесса осуществляют путем измерения изменения поглощения СВЧ-поля, воздействующего на образец.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что операции воэбуждення и измерения переходного процесса периодически повторяют.

3. Способ по и. 2, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью определения разных типов примесей, изменяют частоту повторения.

1669407

Фиг.?

lbb4ii() 7

У !О ff 12 . Q 14 15 16 О 1В 19 Ю 7f Г2 73

Фиг. 4

1669407

ЮОО

/00

Фиг. 5

10

З7 И

Составитель Е. Ап;амова

Техред А. Кравчук Корректор N.Самборская

Редактор С, Патрушева

Заказ 3226 Тираж 364 Подписное

ВНИИПИ Государстве. ного комитета по изобретениям и открытиям при I KHT СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101