Способ определения профиля распределения концентрации носителей заряда в полупроводниковой квантово-размерной структуре



Способ определения профиля распределения концентрации носителей заряда в полупроводниковой квантово-размерной структуре
Способ определения профиля распределения концентрации носителей заряда в полупроводниковой квантово-размерной структуре

 


Владельцы патента RU 2464548:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области оптоэлектронной техники, микро- и наноэлектроники и может быть использовано для определения профиля распределения концентрации носителей заряда в полупроводниковой квантово-размерной структуре. Способ определения профиля распределения концентрации носителей заряда в полупроводниковой квантово-размерной структуре заключается в том, что измеряют спектр люминесценции при низком уровне возбуждения, далее увеличивают уровень возбуждения до появления сдвига по энергии линии излучения от рекомбинации размерно-квантованных, пространственно ограниченных носителей заряда и по величине сдвига линии излучения, с использованием самосогласованного решения уравнений Шредингера и Пуассона, определяется профиль распределения концентрации носителей заряда. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области оптоэлектронной техники, микро- и наноэлектроники и может быть использовано для определения профиля распределения концентрации носителей заряда, накапливающихся в полупроводниковой квантово-размерной структуре.

Известны способы (аналоги) измерения спектров люминесценции, а именно измерение спектров люминесценции при облучении или возбуждении образца светом (фотолюминесценция), электронным пучком (катодолюминесценция) [1-3]. Недостатком данных способов является то, что они не позволяют по спектрам люминесценции определять профиль распределения концентрации носителей заряда в изучаемой структуре.

Известен способ (прототип) определения распределения концентрации носителей заряда в полупроводниковых гетероструктурах с квантовыми ямами, точками, основанный на самосогласованном решении уравнения Шредингера и Пуассона и подгонке результатов их решения к вольт-фарадным характеристикам [4].

Недостатки данного способа:

1. Необходимость формирования барьерных контактов для исследований структур методом вольт-фарадных характеристик.

2. Необходимость подбирать конфигурацию изучаемой структуры (толщины слоев, уровень легирования) таким образом, чтобы при изменении напряжения в диапазоне нескольких вольт край слоя объемного заряда (СОЗ) «сканировал» область, в которой происходит пространственное ограничение, размерное квантование носителей заряда, т.е. область с квантовой ямой или квантовыми точками. В высокоомных диодных гетероструктурах толщина СОЗ и барьерная емкость структуры не зависит от прикладываемого напряжения, что делает невозможным найти профиль распределения концентрации носителей заряда.

Предлагаемый способ позволяет определять профиль распределения концентрации носителей заряда в квантово-размерной структуре без формирования барьерных контактов, независимо от уровня легирования гетероструктуры по анализу смещения на спектрах люминесценции линии излучения от рекомбинации размерно-квантованных, пространственно ограниченных носителей заряда и, тем самым, устранить недостатки прототипа.

Суть способа заключается в том, что измеряют спектр люминесценции при низком уровне возбуждения, далее увеличивают уровень возбуждения до появления сдвига линии излучения от рекомбинации размерно-квантованных, пространственно ограниченных носителей заряда, профиль распределения концентрации носителей заряда в квантово-размерной структуре определяют из зависимости величины сдвига по энергии линии излучения на спектрах люминесценции:

n(x)=f(ΔEL, x),

где n(x) - профиль распределения концентрации носителей заряда в квантово-размерной структуре, x - координата на оси координат, вдоль которой происходит пространственное ограничение движения носителей заряда в структуре, ΔEL - сдвиг по энергии линии излучения от рекомбинации размерно-квантованных, пространственно ограниченных носителей заряда, f(ΔEL, x) - зависимость профиля распределения концентрации носителей заряда в квантово-размерной структуре от величины сдвига по энергии линии изучения.

В частности, определение профиля распределения концентрации носителей заряда рассмотрим на примере высокоомной квантово-размерной структуры (КРС) с частичным перекрытием запрещенных зон материалов слоев (фиг.1), таким образом, что для электронов образуется квантовая яма (КЯ). КРС образована барьерным (буферным) слоем, выращенным на подложке, слоем КЯ и покровным слоем, выращиванием которого обычно завершается рост слоистой структуры.

Для получения информации об энергии излучательных переходов и ширине линий излучения, как правило, КРС изучают методами фото- и катодолюминесценции [1-3]. При увеличении тока накачки электронным пучком в КРС с частичным перекрытием запрещенных зон, например, как на фиг.1, на спектрах люминесценции наблюдается «синее» смещение линии излучения от рекомбинации носителей заряда с основного уровня размерного квантования в КЯ. Одна из причин наблюдаемого смещения может заключаться в следующем: при попадании электронного пучка на поверхность покровного слоя изучаемой структуры электроны проникают вглубь структуры, занимают энергетически более выгодное положение; отрицательный заряд электронов в КЯ будет притягивать дырки со всего объема структуры в прилегающие к КЯ барьерные слои и приводить к изгибу зон таким образом, что для дырок будет образовываться треугольная КЯ (фиг.2).

Размерное квантование дырок будет приводить к изменению энергии излучательного перехода от рекомбинации пространственно-ограниченных электронов с пространственно-ограниченными дырками в треугольной КЯ, изменению профиля распределения концентрации носителей заряда в барьерных слоях и слое КЯ. Несмотря на пространственное разделение электронов и дырок, переход электронов в валентную зону оказывается возможным за счет перекрытия волновых функций электронов и дырок. Изменение энергии излучательного перехода связано с изменением зонной диаграммы КРС и, следовательно, профиля распределения концентрации электронов и дырок в КРС. Энергия размерного квантования для дырок также зависит от профиля распределения концентрации электронов и дырок.

Для количественной оценки рассматриваемых эффектов и нахождения профиля распределения концентрации носителей заряда необходимо решить самосогласованно уравнения Шредингера и Пуассона с использованием величины сдвига по энергии линии излучения от рекомбинации размерно-квантованных, пространственно ограниченных носителей заряда [4].

В КРС, возбужденных лазерным или электронным пучком, основным каналом рекомбинации неравновесных электронно-дырочных пар является переход между основными состояниями размерного квантования электронов и дырок в соответствующих зонах (фиг.2). Энергетическое положение излучательного перехода в этом случае содержит в себе информацию о ширине запрещенной зоны материала, величинах энергий основных состояний электронов и тяжелых (легких) дырок, а также о величине энергии связи экситона.

Энергия оптического межзонного перехода является функцией состава и толщин барьерных слоев и слоев КЯ, профиля распределения концентрации электронов и дырок в КРС. Сдвиг по энергии на спектре люминесценции линии излучения от рекомбинации размерно-квантованных, пространственно ограниченных носителей заряда ΔEL при увеличении уровня возбуждения или накачки в данном случае будет определяться энергией размерного квантования дырки в треугольной КЯ Ehhl, поэтому в данном случае сдвиг по энергии ΔEL=Ehhl, а величина Ehhl, в свою очередь, определяется профилем распределения концентрации дырок в барьерных слоях и электронов в слое КЯ, который рассчитывается при самосогласованном решении уравнений Шредингера и Пуассона.

Предложенный способ позволяет по изменению положения на спектре люминесценции линии излучения от рекомбинации размерно-квантованных, пространственно ограниченных носителей заряда ΔEL в квантово-размерной гетероструктуре рассчитать профиль распределения концентрации носителей заряда n(x)=f(ΔEL, x).

Сущность изобретения поясняется следующим графическим материалом:

- Фигура 1 - Зонная диаграмма квантово-размерной гетероструктуры с частичным перекрытием запрещенных зон.

- Фигура 2 - Изменение зонной диаграммы квантово-размерной гетероструктуры при увеличении уровня накачки.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения «новизна», т.к. в известных источниках не обнаружен предложенный способ определения профиля распределения концентрации носителей заряда.

Технико-экономический эффект предложенного метода заключается в расширении возможностей традиционных методов измерения люминесценции, профилей распределения концентрации носителей заряда в полупроводниковых квантово-размерных структурах и развитии новых методов исследования и диагностики материалов и структур микро- и наноэлектроники.

Литература

[1] Воробьев Л.Е., Ивченко Е.Л., Фирсов Д.А., Шалыгин В.А. Оптические свойства наноструктур: Учебное пособие / Под ред. Е.Л.Ивченко и Л.Е.Воробьева. СПб.: Наука, 2001. - 188 с.

[2] Спивак Г.В., Петров В.И., Антошин М.К. Локальная катодолюминесценция и ее возможности для исследования зонной структуры твердых тел // УФН. 1986. - Вып.4. - С.659-717.

[3] Петров В.И. Сканирующая катодолюминесцентная микроскопия // Известия РАН. Серия физическая. 1992. - №3. - С.2-30.

[4] Зубков В.И. Диагностика полупроводниковых наногетероструктур методами спектроскопии адмиттанса. СПб.: ООО «Техномедиа» / Изд-во «Элмор», 2007. - 220 с.

[5] Шифф Л. Квантовая механика. - М.: Изд-во иностр. л-ры, 1959. - 475 с.

1. Способ определения профиля распределения концентрации носителей заряда в полупроводниковой квантово-размерной структуре, заключающийся в том, что измеряют спектр люминесценции при низком уровне возбуждения, далее увеличивают уровень возбуждения до появления сдвига по энергии линии излучения от рекомбинации размерно-квантованных, пространственно ограниченных носителей заряда, отличающийся тем, что профиль распределения концентрации носителей заряда в квантово-размерной структуре определяют из зависимости величины сдвига по энергии линии излучения на спектрах люминесценции:
n(x)=f(ΔEL, x),
где n(x) - профиль распределения концентрации носителей заряда в квантово-размерной структуре;
x - координата на оси координат, вдоль которой происходит пространственное ограничение движения носителей заряда в структуре;
ΔEL - сдвиг по энергии линии излучения от рекомбинации размерно-квантованных, пространственно ограниченных носителей заряда;
f (ΔEL, x) - зависимость профиля распределения концентрации носителей заряда в квантово-размерной структуре от величины сдвига по энергии линии изучения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что зависимость профиля распределения концентрации носителей заряда в квантово-размерной структуре и энергии излучательного перехода при рекомбинации размерно-квантованных, пространственно ограниченных носителей заряда определяют по самосогласованному решению уравнений Шредингера и Пуассона.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии водообработки и анализу состава природных и сточных вод, конкретно к устройствам, которые можно использовать для контроля содержания растворенных и диспергированных в сточных водах примесей.

Изобретение относится к устройствам для бесконтактного неразрушающего исследования электрофизических характеристик материалов, в частности, к устройствам исследования их люминесцентных свойств.

Изобретение относится к медицине, а именно к спектроскопическому способу определения в реальном времени скорости абляции в сердечной ткани in-vivo. .

Изобретение относится к измерительной технике, позволяет проводить измерение бриллюэновского сдвига частоты в зависимости от координат по длине волоконно-оптического чувствительного элемента.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, в частности к определению микроследов опасных веществ - взрывчатых веществ, наркотиков, токсичных веществ и т.п.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, к спектрометрии обнаружения паров органических веществ в составе воздуха, а также к области газового анализа для определения микроследов опасных веществ - взрывчатых веществ, наркотиков, токсичных веществ и т.п.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, к спектрометрии обнаружения паров органических веществ в составе воздуха, а также к области газового анализа для определения микроследов опасных веществ - взрывчатых веществ, наркотиков, токсичных веществ и т.п.

Изобретение относится к измерительному устройству для определения по меньшей мере одного параметра пробы крови, с проточной измерительной ячейкой (1), в которой размещен по меньшей мере один люминесцентно-оптический сенсорный элемент (ST, SO, SG), приводимый в контакт с пробой крови, с по меньшей мере одним источником (4) света для возбуждения люминесцентно-оптического сенсорного элемента и по меньшей мере одним фотодетектором (6) для приема излученного люминесцентно-оптическим сенсорным элементом люминесцентного излучения

Изобретение относится к технологии производства изделий, в которых в той или иной степени используется сшитый полиэтилен, который может быть использован при производстве электрических кабелей, труб для газоводоснабжения и др

Изобретение относится к способу измерения в режиме реального времени толщины пленки не содержащего хром покрытия на поверхности полосовой стали. Способ характеризуется тем, что включает следующие стадии: стадия 1: выбирают два растворимых в воде химических вещества, которые содержат элементы P, Ca, Ti, Ba или Sr и не вступают в реакцию с жидкостью для нанесения не содержащего хром покрытия; стадия 2: добавляют два растворимых в воде химических вещества, выбранные на стадии 1, в жидкость для нанесения не содержащего хром покрытия и перемешивают их до гомогенности, после чего изготавливают эталонный образец пленки покрытия; стадия 3: используют излучение, испускаемое прибором определения в автономном режиме толщины пленки, для возбуждения двух растворимых в воде химических веществ для получения характеристических спектров двух растворимых в воде химических веществ и, тем самым, определения толщины пленки покрытия эталонного образца; толщину пленки покрытия, определенную при использовании растворимого в воде химического вещества, которое обладает интенсивным характеристическим спектром, принимают за фактическую толщину пленки, в то время как толщину пленки покрытия, определенную при использовании растворимого в воде химического вещества, которое обладает слабым характеристическим спектром, принимают за измеренную толщину пленки, разницу между фактической толщиной пленки и измеренной толщиной пленки принимают за величину коррекции толщины; многократно проводят операции получения величин коррекции толщины, соответствующие измеренным толщинам пленки, в результате аппроксимации величин коррекции толщины и измеренной толщины пленки получают выражение корреляционной функции между измеренной толщиной пленки и величиной коррекции толщины; стадия 4: добавляют в жидкость для нанесения не содержащего хром покрытия растворимого в воде химического вещества, которое обладает слабым характеристическим спектром, и используют излучение, испускаемое прибором определения в режиме реального времени толщины пленки покрытия, для возбуждения вещества и для получения, таким образом, измеренной толщины пленки, после чего используют выражение корреляционной функции для получения величины коррекции толщины, и, в заключение, исходя из измеренной толщины пленки и величины коррекции толщины получают фактическую толщину пленки покрытия. В результате определения в режиме реального времени изобретение способно обеспечивать эффективное отслеживание толщины пленки и непрерывную оптимизацию процесса нанесения покрытия; с высокой точностью и без какого-либо неблагоприятного воздействия на адгезионные свойства, коррозионную стойкость и экологические характеристики пленки покрытия. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.
Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к способу люминесцентного определения тербия. Способ включает перевод тербия в люминесцирующее соединение с органическим реагентом. В качестве реагента используют 1,2-диоксибензол-3,5-дисульфокислоту (ДБСК) и в раствор люминесцирующего комплексного соединения тербия с ДБСК добавляют этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА) в соотношении Тb:ДБСК:ЭДТА=1:1:1 при рН=12,0-13,0. Изобретение позволяет повысить чувствительность, селективность и точность анализа. 1 пр.
Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к люминесцентному способу определения самария. Способ включает перевод его в люминесцирующее соединение с органическим реагентом. В качестве органического реагента используют дифениловый эфир сульфосалициловой кислоты и приливают катионное поверхностно-активное вещество цетилпиридиний бромистый при следующем соотношении компонентов: Sm:ДЭСК:ПАВ=1:2:14 при рН=6,4. Изобретение позволяет повысить точность, чувствительность и селективность анализа. 1 пр.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при измерении температуры поверхности в области лазерного воздействия. Спектральные линии регистрации теплового излучения поверхности пирометром и спектральные полосы регистрации теплового излучения поверхности видеокамерой и спектральные линии излучения источников подсветки располагаются в спектральной полосе пропускания гальвосканера по обе стороны спектральной линии лазерного излучения в ее непосредственной близости. Устройство содержит гальвосканер с линзой, оптический пирометр и видеокамеру с объективом, а также поворотное зеркало с эллиптической областью в центре с покрытием, имеющим 100% отражение на длине волны лазера, или эллиптическое отверстие, а периферическая область зеркала обладает или высоким пропусканием в области спектра вне полосы излучения лазера или широкополосным отражающим покрытием. Изобретение обеспечивает полный мониторинг поверхности в области лазерного воздействия с минимальной погрешностью при использовании серийной оптики. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к лазерному газовому анализу и может быть использовано для бесконтактного и дистанционного определения концентрации молекулярного кислорода в воздушной атмосфере или произвольной смеси газов. Способ измерения концентрации кислорода в газовых смесях включает оптическое возбуждение молекул красителя по схеме записи динамических голографических решеток, тушение кислородом триплетных состояний этих молекул и измерение концентрации кислорода, причем измерение концентрации кислорода проводится по регистрации интенсивности и спектра излучения, генерируемого лазером с распределенной обратной связью, накачка которого осуществляется через записанную голографическую решетку. Изобретение обеспечивает повышение чувствительности измерения концентрации кислорода в газовых смесях, а также дистанционности измерения концентрации молекулярного кислорода. 2 ил.
Изобретение относится к области аналитической химии порошковых материалов, в частности к способам определения массовой доли кислорода в порошках металлов методом атомно-эмиссионной спектроскопии. Способ заключается в подготовке пробы, получении атомно-эмиссионных спектров, идентификации кислорода по спектральной эмиссионной линии с длиной волны 777,19 нм. В качестве источника возбуждения атомно-эмиссионного спектра используют частотный двухимпульсный лазер на основе алюмоиттриевого граната, активированного неодимом, с длиной волны 1064 нм, с задержкой между импульсами, равной 5-10 мкс. Подготовку пробы осуществляют прессованием исследуемого материала с последующей обработкой поверхности образца лазером. При использовании изобретения суммарная относительная погрешность определения массовой доли кислорода в порошках металлов не превышает 15 масс.%; диапазон определения массовой доли кислорода в порошках металлов составляет от 0,1 до 10 масс.%. 3 пр., 1 табл.

Группа изобретений относится к области биотехнологии и направлена на идентификацию микроорганизмов в тестируемом образце. В одном варианте способ идентификации неизвестного микроорганизма включает получение тестируемого образца, который может содержать неизвестный микроорганизм. Затем осуществляют селективный лизис клеток не микроорганизмов с получением лизированного образца. Наносят лизированный образец на плотностный буфер, имеющий гомогенную плотность, в контейнере. Центрифугируют контейнер для отделения неизвестного микроорганизма от других компонентов лизированного образца. При этом указанный микроорганизм проходит через плотностный буфер и образует осадок на дне контейнера. In situ pегистрируют собственную флуоресценцию неизвестного микроорганизма в осадке во фронтальном режиме с получением матрицы возбуждения-испускания (EEM). Идентифицируют до уровня рода, вида и/или штамма неизвестный микроорганизм путем сравнения спектроскопических измерений со снятыми спектроскопическими измерениями известных микроорганизмов. В другом варианте предложен способ идентификации неизвестного микроорганизма из гемокультуры. Преимуществом изобретений является быстрая идентификации микроорганизмов в одном герметичном контейнере, при этом сканирование осадка микроорганизмов во фронтальном режиме повышает процент правильной идентификации микроорганизма. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 13 ил., 10 табл., 10 пр.
Изобретение относится к способу определения меди в природных и питьевых водах. Способ включает концентрирование меди на сорбционном материале, помещенном в патрон, путем пропускания через него анализируемой пробы, элюирование меди азотной кислотой и определение меди методами атомной спектроскопии. При этом концентрирование меди проводят на сшитом N-2-сульфоэтилхитозане со степенью замещения 0.5 со скоростью пропускания пробы через патрон 1.0-2.0 мл/мин. Элюирование осуществляют раствором азотной кислоты с концентрацией 0.1 моль/л. Раствор азотной кислоты пропускают через патрон со скоростью 1.0-2.0 мл/мин. Способ позволяет повысить эффективность концентрирования меди и экспрессность определения меди в природных и питьевых водах. 2 табл., 1 пр.
Наверх