Способ контроля электрофизическихсойств полупровдниковых материалов

 

Союз Соввтаких

Сощиааистичвеких

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ВТИЗЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. евкд-ву(22) Заявлено 07,0772 (21)1806106/18-25 с присоединением заявки М(23) ПриоритетОпубликоввно 230381, Бкзллетемь 89 ll

Дате опубликования описания 230381 р )м. к.

G 01 R 31/26

G 01 N 21/00

Государственный комитет

СССР ио деаам изобретений и открытий (З) УДК 537 311 33 (088. 8) (72) ABTOpbl изобретения

И.М.Котина, Н.Е.Мазурик, С.P.Hîâèêoâ, h. ß.Ñåäîâ и Г.A .IIIèøêèíà

Ленинградский институт ядерной физики им.Б.П.Константинова (71) Заявитель (54),СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ

СВ0АСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

NATEPHAJIOB аноар >1О э КТ е

Изобретение относится к области контроля электрофиэических свойств полупроводниковых кристаллов и может быть использовано в производстве полупроводниковых материалов и прибо ров

Известен способ измерения концентрации неосновных носителей в полупроводниках, заключающийся в измерении зависимости емкости р-и перехода от приложенного к нему напряжения (1) .

Для осуществления данного способа необходимо изготовить р-и переход s контролируемом материале, а также большое количество измерительной аппаратуры.

Известен способ определения концентрации примесных центров в полупроводниковых кристаллах, основанный на нахождении спектрального распределения примесной фотопроводимости (2). Однако он имеет ограниченное применение в связи с низкой чув-. ствительностью, так как позволяет определять примеси лишь в концентрации ве менее 10 -10 см

14 15 3

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения рекомбинационных постоянных из спектральной характеристики р-и перехода, заключающийся в снятии спектральной зависимости стационарного тока р-и перехода прн различных значениях обратного смещения (3).

Однако такой способ дает возможность получить информацию лишь о концентрации рекомбинационных центров и не может дать никакой информации об энергетическом положении прнмесного центра, поэтому невозможно его использование для анализа примесного состава полупроводникового материала.

Цель изобретения — определение концентрации и энергетического положения примесных центров независимо от их расположения в запрещенной зоне полупроводника.

Это достигается тем, что обратное смещение устанавливают из условия где К - постоянная Больцмана!

Т вЂ” температура; е — заряд электрона, а освещение производят из спектраль

609363 ной,области с-энергией квантов

gEg с ьЕ, 2 где @Е -оширина запрещенной зоны .полупроводника; — постоянная Планка; — частота излучения, после чего по полученным зависимостям и по Формуле ! î> Ч пЧР

ыз

qK7 „вр >30

Все измерения производят в спектральной области примесного поглощения, где реализуются двухступенчатые оптические переходы

Свет направляют на область р-П перехода, причем, с целью увеличения чувствительности способа, направление распространения светового пучка выбирают параллельным плоскости р-и,перехода.

65 где j плотность фототока объемся ного заряда; и — толщина слоя объемного заряда; интенсивность света," р

„и« вЂ” сечения захвата фотона 20 электроном и дыркой, локализованными на примесном центре,,определяют концентрации примесных центров, а их энергетическое положение по порогу ионизации.

Способ осуществляется следующим образом.

На исходном материале в зависимости от типа его проводимости создают асимметричный р -й илий"-Pnepexop, c ,мальми точками утечки,к которому осуществляют омические контакты. Для уменьшения токов утечки р-П переход охлаждают до низкой температуры, например температуры жидкого азота. 35

Кр и переходу прикладывают обратное смещение. Величина обратного смещения должна быть такова, чтобы на толщине слоя объемного заряда, составляющей 0,9 g, реализовались j0 условия истощения. При этих условиях рекомбинация носителей в области объемного заряда отсутствует и вели" чина фототока определяется процессом генерации. Оценки показывают, что необходимая величина обратного смещения должна быть определена из соотношения

Измеряют зависимость стационарной величины фототока в режиме тока короткого замыкания от энергии кванта возбуждающего света при различных значениях обратного смещения, удовлетворяющего соотношению о— кт

Р.

Разделяют фототок на компоненты тока, связанные с ионизацией примесных центров в слое объемного заряда и ионизацией центров в нейтральных областях. Фототок, обусловленный ионизацией примесных центров в слое объемного заряда (Фототок объемного заряда), характеризуется квадратичной зависимостью от обратного смещения, в то время как величина Фототока, обусловленного ионизацией примесных центров в нейтральных областях от обратного смеще |ия не зависит.

При наличии в запрещенной зоне полупроводника нескольких примесных уровней на спектральной кривой фототока. наблюдают изломы, представляющие собой. изменения наклона, обусловленные ™включением очередного примэсного уровня. Энергия кванта, соответствующая началу изменения наклона на спектральной кривой, определяет энергию ионизации данного примесного центра, что дает возможностЬ идентифицировать его с тем или иным химическим элементом.

Спектральную кривую Фототока раскладывают на компоненты, связанные с Фотоионизацией отдельных примесных уровней, при этом для вычисления Фототока, обусловленного ионизацией одного из уровней, из полного сигнала при данной энергии кванта вычитают сигнал, обусловленный уровнем с.меньшей энергией ионизации.

Концентрацию примесных центров определяют по формуле ол Чп Чр

М=

833 « „+, Иеханизм создания фототока объемного заряда отличен от механизма создания диффузионного Фототока и состоит в следующем.

Освещение области объемного заряда р-и перехода, содержащего примесные центры, светом из спектральной области примесного поглощения приводит к появлению неравновесных свободных носителей. Фотоионизованные с примесных уровней в слое объемного заряда носители вытягиваются полем

p- n перехода в прилежащие нейтральные области, в результате чего во внешней цепи протекает ток. При этом благодаря наличию сильного электрического поля за счет приложенного к