Способ определения параметров пограничных состояний на границе раздела твердых тел

 

Союа Советских

Сещиаиистинесиих

Ресеубяик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

lii> 784643

К АВТОРСКОМУ СВИ ЖИТЕЛЬСТВУ (е1} Дополнительное к ввт. сеид-ву (51)м. кл.з (22) Заявлено 0506.79 (21) 2800071/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Н 01 L 21/66

Госуяврственямй комитет

СССР яо яелви «зобретевмя и открытой

Опубликбвано 070981. Бюллетень Й9 33 (53) V+K б 21 . 382 (088. 8) .Дата опубликования описания 070981 (72} Авторы изобретения

А.Г. Ждан, В.Г. Приходько, И.Б. Гуляев, В.E. Филиппов и Е.И. Гольдман

Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР (7! ) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОГРАНИЧНЫХ

СОСТОЯНИИ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ТВЕРДЫХ

ТЕЛ т Ай-, о К

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для определения электронных характеристик границ раздела твер- з дых тел, в частности границ раздела полупроводник-полупроводник, полупроводник-диэлектрик, металл-полупроводник.

Известен способ Измерения параметров пограничных состояний на границе раздела полупроводник-диэлектрик j1}, основанный на .измерении термостимулированных токов.

Недостатком этого способа является низкая чувствительность и малая разрешающая способность.

Известен также способ определе- . ния параметров пограничных состояний на границе раздела твердых тел, осно- 20

BBHHblA на измерении электропроводности $2) .

В этом способе для определения параметров пограничных состояний измеряют активную и реактивную состав- 2S ляющие проводимости на малом переменном сигнале в широком диапазоне частот как функцию напряжения смещения.

Недостатком этого способа является низкая чувствительность и разре- 30 шающая способность, ограниченность по типу объектов исследования.

Целью изобретения является повышение чувствительности и расширение функциональных воэможностей способа.

Поставленная цепь достигается тем, что перед измерениями образец охлаждают до температуры где hE — энергетическое разрешение, постоянная Больцмана, измеряют статическую вольтамперную характеристику контакта твердых тел, подают на контакт прямоугольные ступеньки напряжения величиной равной напряжению квазинасыщения, регистрируют релаксацию тока, по полученным результатам расчетным путем определяют зависимость заполнения от уровня Ферми и энергетический спектр пограничных состояний.

На фиг. 1 изображена зонная диаграмма контакта при отсутствии (a) и при наличии (d) внешнего напряжения.

Здесь Š— дно зоны проводимости, А — A — плоскость контакта, |: — уровень ферми на границе раздела, отсчитанный от дна зоны проводимости, Š— энергия пограничного состояния, отсчитанная от дна зоны проводимости, энергия Ферми.в объеме ф- заряд электрона, 0 - -приложенное напряжение, Ф-барьер для прямого тока.

На фиг. 2 О представлена вольт-амнерная характеристика исследуемого контакта, на фиг. 2ä - кривая релакс« ации тока при подаче на образец прямоугольной ступеньки напряжения, на

Фиг. 3 показана схема устройства для реализации способа,где 1 — источник найряжения, 2-измеритель напряжения,3 антиэапорный контакт, 4 — контактирующие полупроводники, 5 — плоскость контакта, б — злектрометр, 7 - самописец, на фиг. 4 а привецена

ВАХ контакта, снятая при T = 117 К;

I g на фиг. 4,() — зависимость F(U); на фиг. 5 дан спектр пограничных состояний.

Сущность способа заключается в Щ следующем .

При приложении к контакту напряжения высота барьера уменьшается и концентрация электронов íà его вершине увеличивается, что сопровождается увеличением пограничных состояний, вызывающем возрастание высоты барьера, поскольку последняя квадратично зависит от концентрации заполненных пограничных состояний, B результате в области напряжений, в которой происходит интенсивное доэаполнение пограничных состояний высота барьера для прямого тока (Ф, фиг. 16) слабо зависит от напряжения, а поэ.тому на

BAX контакта будет наблюдаться область квазинасыщения, обусловленная дозаполнением пограничных состояний.

Если при некотором напряжении Ц + пограничные состояния из данного энергетического интервала будут полностью заполнены, то при 0 О ВАХ изменит свой характер на экспоненциальный, и ток Х будет пропорционален

Если при дальнейшем росте напряжения уровень Ферми попадает н область пограничных состояний из другой, более мелкой энергетической группы, то на BAX может возникнуть аналогичная область квазинасыщения и т.д. 50

Существенно, что в областях квазинасыщения ВАХ, обусловленного рассмотренным физическим механизмом, проявляются медленные релаксации тока, с характерными временами, значительно превышающими максвеловское время образца. Последнее объясняется тем, что в этих условиях процесс захвата является самотормозящимся вследствие увеличения высоты барьера по 60 ,мере дозаполнЕния пограничных состояний. Это означает, что мгновенное значение постоянной времени релаксации увеличивается в процессе наблкдения»

BAX контакта двух однотипных полупроводников и- типа определяется выражением где 8 — площадь контакта, М вЂ” подвижность электронов, М вЂ” концентрация доноров в объеме;

,=4,— „ "„, 6 — диэлектрическая проницаемость. ф И„

1 = ——

Млм дозаполнение пограничных сос5 тояний;

Решая уравнение (1) относительно и для ряда экспериментальных значеЧ ний Х и О,. определяем зависимость И от 9 . Поцставляя эту зависимость в выражение для концентрации электронов ИВ на вершине барьера и,: (1»е « )(«» »)е (ч,- —,) (11

- )кт и учитывая, что h =(ч 0, где о с энергия Ферми на границе раздела . (отсчет от дна зоны проводимости), а Йс— эффективная плотность состояний в зоне проводимости полупроводника, приравниваем эту функцию И„(,()), полученной из уравнения (2) и получаем уравнение для определения F как функции, По определению знергетическии спектр пограннчных состояний 6() выражается как

s(E)= — —

d 0) dU

dU dF =1((з) (ь) Подставляя в формулу (3) соответствующие производные от определенных ранее зависимостей Ив(О) и F i()), находим искомый знергетическии спектр пограничных состояний.

П р и и е р. Ойределялся спектр пограничных состояний контакта 5j -Sq (кремний типа КЗФ с p- =100 мм, см.), обнаруживающим специфические области квазйнасьщения и характерные релаксации тока. Снимались ФАХ при нарастании и уменьшении напряжения с одинаковой скоростью изменения напряжения — 0,2 мВ/с и эти характеристики совпадают. Результаты численного расчета Ив(0) и Г(0) приведены на фиг. 4ц

78464 3 и Д . Спектр пограничных состояний приведен на фиг. 5. Чувствительность указанного способа 10 см . Разрешение указанного способа определяется температурой н в данном случае

df 9,9 мэВ.

Формула изобретения

Способ определения параметров пограничных состояний на границе раздела твердых тел, основанный на измерении электропроводности, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения чувствительности и расширения функциональных возможностей способа, перед измерениями образец охлаждают до температуры где 46 — энергетическое разрешение, K - постоянная Больцмана, измеряют ста,тическую характеристику контакта твердых тел, подают на контакт прямоугольные ступеньки напряжения величиной, равной напряжению квазинасьацения, регистрируют релаксацию тока, по полученным результатам расчетным путем определяют зависимость заполнения от уровня Ферми и энергетический спектр пограничных состояний.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2410010, кл. G 01 и 13/00, 05.10.76.

2. kiсаi lian E Í., Goetrberger А.

Be l l System Techni ca 1 Journa) 46, 1055 (1967) .

784643

270

Составитель Л.Смирнов

Редактор T. Рыбалова Техред A. Бабинец Корректор С. Шекмар, Заказ 6777/66 Tspaa 784 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по целам изобретений и открытий

113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4 ь g

Е, юд