Способ определения параметров примесейцентров b полупроводниковых материалах

 

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕПЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик вв606430 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 010676 (21) 2366819/18-25

Клз

О 01 К 27/00

G 01 R 31/26 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет

Государственный комитет.СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 2303,81 оюллетеиь №11 (53) MK 537 ° 311.33 (088 ° 8) Дата опубликования описания 230381 (72) Авторы изобретения

И,М.Котина и Т.И.Пирожкова (71) Заявитель

Лени градский институт ядерной физики им.Б.П.Константинова (54) СПОСОБ. ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРИМЕСНЫХ

ЦЕНТРОВ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛАХ язобретение относится к контролю качества полупроводниковых кристаллов, может быть использовано в производстве полупроводниковых материалов и приборов, а также при изучении параметров примесных центров в полупроводниках.

Известен фотомагнитный способ определения электрофиэических свойств полупроводника, который позволяет найти энергетическое положение примесного центра (Ес,) и отношение коэффициентов рекомбинации электронов и дырок (), (g> ) tl).

Однако OH не применим для низкоомных полупроводников.

Известен способ измерения емкости р-и перехода, позволяющий определить энергетическое положение Ео,и концентрацию примесных центров (М) (2). Он может быть использован для полупроводниковых материалов .независимо от величины и типа их проводимости;

Однако с его помощью невозможно определить одновременно несколько исследуемых параметров.

Известен способ определения параметров примесных центров в полупроводниковых материалах, который позволяет одновременно определить энергетическое положение (ЕЕ), концентрацию (М) примесных центров и коэффициент рекомбинации на нем электронов (3). Данный способ состоит s измерении зависимости генерационного тока объемного заряда р-и перехо» да от времени.

Этот способ не дает возможности определить оба рекомбинационных параметра )(д и Х для центров, термическая ионизацйя которых приводит к появлению основных носителей заряда (монополярная терМическая генерация).

Известен способ определения электрофизических параметров примесных центров в .полупроводниковых материалах,.заключающийся в подаче на р"n переход напряжения различных полярностей и измерений зависимости генерационного тока объемного заряда р-и перехода от времени (4).

С помощью этого способа невозможно определить сразу три параметра примесных центров — их энергетическое положение, концентрацию примесных центров и коэффициенты рекомбинации электронов и дырок. Он позволяет произвести. лишь сравнительный анализ

606430

3,, (О Р(Ч вЂ” d(0)3

" . „(o)q".„8 (v) n (("np "оьр

Р 1„(01 „р з(2 Кт

V +<0

Оьр

23 rò(Ô "оьр

Ме г((т) ((- г™) . "и т)го (05ð е,=клип

КT

"пр г.т(» (f п (оИ И» —,1 л (О1 г.т (оо(2)rr l0)L пг (О» «1 „, (оо» ),г (оо1

) 2ir7(oi 2irT(о) „ ., (11 23„,(о) 2;„(Q) 21ã.r (О1!

1 () () л

) (ее) () гт () и) ° (-:

) гт (О) ) ег(" ) Г гт (())L 2j гт (О)) )гт (е ) (.т (oo)

+ е (2»(T(0) 2 пг (О1,, (оо» 2jrr(0j >p,ò. (Q)

irг (0)! п,-1, л- (p (оБ„

Ор р л р полупроводниковых материалов с уже известными свойствами.

Цель изобретения — одновременное определение энергетического положения примесного уровня, концентрации примесны)Р центров и коэффициентов рекомбинации электронов и дырок.

Это достигается тем, что на р-и переход подают последовательность раэнополярных прямоугольных импульсов, длительность обратного импульса выбирают достаточной для установления стационарного значения генерационного тока, амплитуду прямого импульса изменяют в диапазоне

К7

15 — (. .V,аЧ

Е пр к где К вЂ” постоянная Больцманау

U p — амплитуда прямого смещения;

Ч вЂ” контактная разность потенциалов, а длительность его выбирают такой, чтобы генерационный ток был максимальным, и определяют параметры по расчетным формулам.

На контролируемом материале соэ- 25 дают асимметричный р-и переход и прикладывают к этому переходу обратное смещение. Обратное смещение должно быть таким, чтобы концентрация свободных носителей в области объем- 3(» ного заряда перехода была равна нулю.

Оценки показывают, что обратное смещение должно определяться из соотношения

Далее снимают зависимость величины генерационного тока слоя объемного заряда от времени в режиме..тока короткого замыкания. Когда рекомби- 40 национный ток слоя объемного заряда достигает стационарного значения, на .р-п переход подают импульс прямого смещения длительностью trp и амплитудой 45 где К вЂ” постоянная Больцмана; температура 0 К;

П„ь — амплитуда прямого смещения;

Ч„ — контактная разность потенциалов.

По истечении времени t>p переходят.к первоначальной полярйости прежней амплитуды и измеряют зависимость генерационного, тока слоя объем-. ного заряда от времени при различных значениях амплитуды импульса прямого смещения. Время, в течение которого прикладывают прямое смещение t()p, выбирают таким образом, чтобы удлинение прямого импульса не вызывало изменения величины генерационного тока слоя объемного заряда.

Величины N, E>, f>, »(р определяют из следующих соотношений: а) монополярная термическая генерация

2)г.т(01 (оьр

o () -д (о) i,", (o)(d(v)-d(oijM,"-„

= к ге

j (01n рd(Ч) б) биполярная термическая генерация

60б430 где.

<=0 -дЕ-Еа р-1 КТ

"п<д Тn""пп HAPP e " ьп „+< р

Концентрация электронов и и дырок

P в зонах определяется следующим образом;

)-Р ) пр ï р=,и Р

= eOP

Здесь j — плотность тока при пряь<Р мом смещении;

Dp u L †-. . коэффициент диффузии и длина диффузии дырок в

<и полупроводнике.

При длительностях прямого импульса пр >о <.е<о концентрация электронов на примесном центре достигает стационарного значения, равного в случае а) монополярной термической генерации

Yn) п ст

<)и< см+ п" + f p

КТ У„П1 Е«< ьЕ-Еа кт д и е пи+ ь и p f p P << p py <

Таким образом, если по истечении времени 1 пр на переход подать обратное смещение прежней амплитуды, будет наблюдаться генерационный ток слоя объемного заряда., обусловленный изменением заполнения примесных центров во время прямого смещения. Снимают зависимость величины этого тока от времени при различных амплитудах прямого смещения, иными словами, при различных значениях <<и р можно определить постоянную времени пр. Толщина слоя объемного заряда определяется из измерений емкости р-и перехода. . Ha чертеже показаны графики изменений напряжения и тока на исследуемом переходе при определении параметров примесных центров в полупроводниковых материалах.

Формула изобретения

Еа

-4 КТ е + +г„п РР.

Способ определения параметров примесгых центров в полупроводниковых материалах, заключающийся в подаче на р-и переход напряжений различных полярностей и измерении зависимости генерационного тока объемного заряда р-A перехода от времени,о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью одновременного определения энергетического положения примесного уровня, где б) биполярная термическая генерация — б0

nP) Р Ч " g„n)(i0>Z-, )< "".

4 f <рч«<д+ fпп< ) "пр

65 где j (О) - плотность генерацион<о- г.т

ro тока в момент t=O после приложения обрат. (4) ного смещения; (О) — плотность генерационно,т го тока в момент t=O после приложения обратного смешения при предварительном импульсе прямого смещения дли- .. тельностью пР, !О

d (О) - толщина слоя объемного заряда р-и перехода в равновесии;

d(V) — толщина слоя объемного заряда при обратном смещении; д" с эффективная плотность состояний в С-зоне;

<Е

< пр — постоянная времени заполнения примесных центров во время прямого 20 смещения;

P(V) — эффективная плотность состояний в V-зоне;

dE — ширина запрещенной зоны оэр — постоянная времени из- 25 менения генерационного тока слоя объемного за ряда; и концентрация электронов в области объемного за- 30 ряда во время прямого смещения;

P концентрация дырок в области объемного заряда во время прямого смеще- 35 ния.

Если приложенное к р-и переходу обратное смещение таково, что концентрация свободных носителей в области объемного заряда равна нулю, 40 рекомбинация отсутствует, и величина генерационного тока определяется только процессом термической ионизации.

После этого через р-и переход в течение времени <ер пропускают

45 ток в прямом направлении; при этом концентрация электронов на примесных центрах изменяется по закону:

a) монополярная- термическая генерация

5О

"< (top)= 3 и Мп "яр (<- e

606430

Составитель З.Челнакова

Редактор Г.Колодцева Техред Е.Гаврилешко

Корректор Г. Назарова.

Заказ 1651/45 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4 концентрации примесных центров и коэффициентов.рекомбинации электронов и дырок„ на р-и переход подают пос ледовательность разнополярных прямоугольных чмпульсов, длительность обратного импульса выбирают достаточной для установления стационарного значения генерационного тока, амплитуду прямого импульса изменяют в диапазоне где К - постоянная Вольцмаиа;

11пп — амплитуда прямого смещения;

V « контактная разность потен«

К циалов, а длительность его выбирают такой, чтобы генерационный ток был максимальным, и определяют искомые параметры по расчетным формулам.

S Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Равич Ю.И. Фотомагнитный эффект в полупроводниках и его применение.

N.,"ÑoâåTñêoå радио", 1967, с.40 (g 2. Патент Франции Р 2070385, кл.. G R 31/00.

3. Solid. State Electronics, 1970, V 13, Р.773-776.

4. Патент CIQA Р 3859595, кл. 324/158, 06.12.73.