Способ измерения электрических параметров в полупроводниковых материалах

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

\ 1 О

Союз Советских

Социалистических

Республик (><) 59 j. 974

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 17.05,76(21) 2358864/18-25 с присоединением заявки Ph— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 050278.Бюллетень % 5 (51) М. Кл.

Н 01 ) 21/66

Гвотдаротвеииый номнтет

Совете й(иниотрао СССР ио делам иеооретоннй и отирытнй (53) УДК 621.382 (088.8) (45) Дата опубликования описания 19.01.78 (72) вторы изобретения В. и. корольков, A. A. Яковенко, B. Г. Данильченко и Я. B. Бергманн

pl) ЗаяВИтЕЛЬ Ордена Ленина Физико-технический институт ии. A. ф. ИофФе (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ IIAPANETPOB

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к способам измерения параметров полупроводниковых материалов, например коэффициентов диффузии и диффузионных длин неосновных носителей материалов с малыми значениями диффузионных длин (в частности, арсенида галлия).

Известен способ измерения (1)(4(2J коэффициента диффузии Д материалов с малыми диффузионными длинами ) путем я измерения диффузионной длины и времени жизни

1. О =— с t

Недостатком способа являетсл ниэ- )5 кая точность измерений..

Наиболее близким техническим решением к предложенному является способ измерения электрических параметров полупроводниковых материалов ",3), вкхпо- Ю чающий создание на измеряемом материале p - n -перехода, прикладывание к нему напряжения В запорном направлении, освещение коротким по отношению к времени диффузии неосновных И носителей импульсом света участка образца, удаленного от p - и -перехода на рсстояние порядка диффузионной .длины, и измерение тока, протекающего

В цепи р - тт -перехода.

Основным недостатком способа является низкая точность измерений параметров материалов с мальпти диффузионными длинами.

Цель изобретения — повышение точности измерения коэффициента и диффузионной длины.

Поставленная цель достигается тем, что одновременно с участком, удаленным от р -тт -перехода, освещают таким же импульсом и р - n -переход, причем р -и -переход создают на удалении от освещаемой поверхности порядка диффузионной длины с уровнем легирования прилегающего к поверхности слоя, меньшим уровня легирования подложки. Измерения повторяются при нескольких отрицательных смещениях р-и -перехода.

В отличие от прототипа, коллекторный переход выполняется не в виде локальной области под зондом на поверхности образца, а в виде плоскости, параллельной поверхности. Глубина залегания p - -n -перехода выбирается соизмеримой с несколькими диффузионная длинами.

Одновременное освещение поверхности образца и слоя объемного заряда коллекторного р -а -перехода (со сто" роны торца) позволяет йолучить на об591974 щей нагрузке Я сигнал, соответствую. ° щий моменту падения на образец импульса света (освещения слоя объемного заряда р- п -перехода), и исследуемый сигнал, задержанный на измеряемое время диффузии носителей от поверхности до р -и -пеРехода. Поскольку оба сигнала снимаются с одной нагрузки, то задержки сигналов эа счет соедини тельных цепей и в блоках усиления и р регистрации (на осциллографе) не влияют на точность измерения. Изменение отрицательного смещения на р -л — переходе позволяет менять расстоянйе от р -n -перехода до повеРхности эа счет расширения слоя объемного заряда.

Точность определения расстояния от

p — - n -перехода до поверхности определяется точностью измерения глубины залегания р-и -перехода от поверхности при нулевом смещении и точностью

20 измерения емкости при отрицательном смещении, что практически не ограничивает точность измерения расстояний.

При измерении емкости с точностью

1 0,1 пф и осциллографировании импульсон Фототока на высокочастотном осциллографе С3-39 точность измерения расстояний составляет 0,1 мкм, времени + 0,5 нсек. Уровень легирования и и р -областей р -и -перехода выбира 3" ют таким, чтобы слой объемного заряда расширялся преимущественно в сторону освещаемой поверхности, чем и обеспечивается изменение расстояния от освещаемой поверхности до р -и -перехо-35 да при приложении отрицательного смещения.

Кроме измерения коэффициента диффузии, предложенный способ измерения позволяет определить диффузионную дли- 40 ну неосновных носителей. При толщине слоя d > (. измеряют время задержки появления максимума фототока, вызван. ного диффузией носителей с поверхности образца, относительно импульса Фо- 45 тотока, вызванного освещением слоя объемного заряда р -n -перехода.

Строят зависимость времени задержки от расстояния между р-и -переходом и освещаемой поверхностью и по наклону этой зависимости находят скорость диф50 фузии V неосновных носителей. Иэ выражения для скорости диффузии, используя определенные значения Q, находят диффузионную длину неосновных носителей ь 55

< . u

При толщине исследуемого слоями L диффузионную длину 4 находят по известному D из выражения

Я - n.», полученному из условия существования экстремума зависимости концентрации возбужденных носителей р от времени при Фиксированном расстоянии от р - п -перехода х, где t g — аремя наблюдения максимума фототока.

На чертеже представлена схема измерения коэффициента диффузии и диффузионной длины предложенным способом, содержащая импульсный источник излучения 1, ослабитель 2 с фильтром, полупрозрачное зеркало 3 или призму, отражающие зеркала 4, 5, фокусирующие линзы б, 7, направляющие излучение на образец 8, источник питания 9, эашунтированный емкостью С, сопротив— ление нагрузки 10, усилитель 11, осциллограф 12.

Настоящий способ измерения более чем на порядок повышает точность измерения коэффициента диффузии и диффузионной длины неосновных носителей,, поскольку точность определения глубины залегания слоя объемного заряда р-и -перехода не более +0,1мкм, а точность временных измерений определяется воэможностями регистрирующего устройства и при использовании стробоскопических осциллографов не превышает .0,5 нсек.

Все это позволяет значительно расширить класс измеряемых полупроводников за счет добавления материалов с малыми диффузионными длинами, например типа A B, у которых L не превышает 20-)0 мкм. Кроме того, значительно сокращается время, необходимое для получения истинного результата, поскольку при использовании существующих методик иэ-за их невысокой точности требуются дополнительные косвенные измерения.

Пример. Коэффициенты диффузии D и диффузионная длина носителей измерялись в слаболегированном 6а Аз с концентрацией носителей

15 -).

10 см . Для этого íà q+ подложке

ОаМ выращивают слаболегированные слои и -типа с толщиной n - Gahs

35 мкм. Контакт к р+ -стороне наносят сплошным, а к п-стороне локальным, что дает воэможность освещать и -поверхность сфокусированным пучком лазерного импульсного излучения.

Уровень возбуждения носителей соответствует концентрации 10 см .

Биполярный коэффициент диффузии неосновных носителей определяют по осциллограммам фототока при нескольких смещениях на р -и -переходе, т.е. расстояниях до р-и -перехода от поверхности Х = 30,6 мкм и Х = 25 мкм. при этом выбирают момент времени t

2 .8 нсек. Получено Ь 42 см /сек. Диффузионная длина неосновных носителей, найденная по наклону зависимости

t у(х1, где х — расстояние от р-и перехода до освещенной поверхности, равна 10 мкм.

59 19 74

Составитель Л. Балагуров

Редактор T. Орловская Техред Н.Бабурка Корректор Л. Небола

Эаказ 606/48 Тираж 960 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул Проектная, 4

Формула изобретения

1. Способ измерения электрических параметров полупроводниковых материалов, включающий создание на измеряемом материале р -n --перехода, прикладывание к нему напряжения в запорном направлении, освещение коротким по отношению к времени жизни неосновных носителей импульсом света участка образца, удаленного от р-и -перехо- р да на расстояние порядка диффузион— ной длины, и измерение тока, протекающего в цепи р -n -перехода, о т л и ч а ю шийся тем,что, с целью повышения точности измерения коэффициента. 15 диффузии, одновременно с участком,удаленным от р - n -nepexoaa, освещают таким же импульсом и р-и -nepexog.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что р-и -переход 20 создают на удалении от поверхности порядка диффузионной длины с уровнем легирования прилегающего к поверхносги слоя, меньшнм уровня легирования подложки, 3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью определения диффузионной длины, измерения повторяют при нескольких смеше-. ниях р- п - перехода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. М. Kttenbarg, H. Kreissein S.Ü,

2. Алферов Ж. И., Андреев В. М.>

Гарбузов Д. Э., Трукан М. К. ФТП, 8, 561, 1974.

3. Павлов Л. П. Методы определения основных параметров полупроводниковых материалов, Высшая школа, 1975.