Способ исследования областей конвер-сированного типа проводимости b об'емеполупроводника

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii) 8ll370

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свпд-ву— (22) Заявлено 19.03.79 (21) 2738689 18-25 с присоединением заявкп— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.03.81. Бюллетень ¹ 9 (45) Дата опубликования описания 09.04.81 (51) Ч.Кл. Н 01 L 21!66

Государственный комитет по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.382 (088.8) Гершензон, Л. А. Орлов и С. Л. Орлова Ъ ордена Ленина и ордена Трудового Краснцгб Т l: государственный педагогический институт ; им. В. И. Ленина (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБЛАСТЕЙ

КОНВЕРСИРОВАННОГО ТИПА ПРОВОДИМОСТИ

В ОБЪЕМЕ ПОЛУПРОВОДНИКА

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано при исследовании полупроводниковых материалов.

Известен способ исследования полупроводников, основанный на измерении температурной зависимости емкости р — и перехода, по которой судят о наличии в объеме полупроводника областей конверсированного типа проводимости (1).

Недостатком этого способа является его непригодность для определения типа проводимости и среднего размера областей.

Известен также способ исследования областей конверсированного типа проводимости в объеме полупроводника, основанный на взаимодействии с магнитным полем.

В этом способе наличие областей конверсированного типа проводимости определяют из аномалий поведения эффекта Холла (2).

Недостатком этого способа является невозможность определения среднего размера областей.

Целью изобретения является определение типа проводимости и среднего размера областей.

Поставленная цель достигается тем, что измеряют спектры поглощения и фотопроводимости циклотронного резонанса, изме(72) Авторы

ызабр етен ия Е. М. (71) Заявитель Московский

Знамени ряют зависимости уширения линий спектра, по которым судят о параметрах областей.

Предлагаемый способ основан на использовании хорошо изученного явления—

5 циклотронного резонанса. Для анализа наиболее удобен диапазон коротких миллиметровых волн, обеспечивающий высокое спектральное разрешение. Эксперименты показали, что способ пригоден для полу1О проводников с концентрацией примесей от

10» с,я-з до 10" са1

Используются спектры циклотронного резонанса (ЦР) свободных носителей заряда в условиях примесного возбуждения.

15 Линии ЦР реализуются, когда вт 1, еН где о =,, — частота излучения;

m"" С т — время релаксации импульса свободных носителей разряда;

20 l — разряд электрона; пг "— эффективная масса носителей;

Н вЂ” резонансное магнитное поле;

С вЂ” скорость света.

25 Положение линий позволяет определить соответствующие группы носителей; линии электронов и дырок наблюдаются в разных местах спектра, т. е. на различных частотах пли при различных магнитных полях, приЗО сущих этим сортам носителей..Ширина и

811370

hu) при —; 1, где

60 интенсивность линий определяют характерное т и число носителей.

В предлагаемом способе используется важная особенность циклотронного .резонанса: при примесном возбуждении наблюдается ЦР свободных носителей, определяемых основной примесью, т. е. только UP электронов в электронном полупроводнике или только ЦР дырок в дырочном. Когда в условиях примесного возбуждения наблюдаются линии ЦР и электронов и дырок, то это неизбежно указывает на существование в образце объемов с различными типами проводимости. iB одних основными носителями являются электроны, в других — дырки. Основной объем образца — матрица— имеет один тип проводимости, в нем содержатся области с конверспрованным типом проводимости.

В спектрах фотопроводимости линии ЦР носителей конверсированных областей противоположны по направлению перезонансной фотопроводимости и ЦР ыосителей матрицы, что позволяет определить тпп проводимости матрицы и областей.

Из спектра поглощения известнь:и способом можно рассчитать полное число носителей в матрице и в конверсированных областях, поскольку поглощение пропорционально числу поглощающих центров.

Предлагаемый способ дает возможность по линиям ЦР поглощения носителей, принадлежащих областям, оценить средний размер областей р. Когда р соизмеримо с радиусом циклотронного вращения l цр пли длиной свободного пробега l„, возникает уширение линии LIP. И leap и l„p зависят от температуры Т и а следующим образом:

/ fi,l 3КТ г„= для квантового ЦР, т. е. когда

K — постоянная Больцмана;

h =, h — постоянная Планка.

Для нахождения о в эксперименте изменяют Т или ж и, варьируя тем самым l„ð и l p, добиваются уширения линии границами области. При этом необходимо учитывать частотную и температурную зависимость ширины линии ЦР при рассеянии на акустических фононах и заряженных примесях. Получив уширение ЦР границами конверсированной области, можно считать, что го порядку величин о соответствует меньшему из leap, 4р, 5

ЗО

4О

П р и мер. На фпг. 1 а, б ii 2 а, о представлены спектры поглощения (а) и фотопроводимости (б) двух образцов, вырезанных из одного и того же слитка Ge(Ga, 1 i), измеренных на волне — 0,9 лл при 12 К.

Фиг. 1 а, б, относящиеся к образцу 1, вырезанному пз центральной части слитка, демонстрируют типичные спектры материала р-типа; виден пик сложной формы I, характерный для квантового ЦР дырок, причем фотопроводимость при ЦР направлена в ту же сторону, что и нерезонансная фотопроводи мость матрицы.

На фиг. 2 а, б, где представлены спектры ЦР образца 2 из периферической части слитка, с большим содержанием лития, наблюдаются пики и дырок (1) и электронов (2). Это дает основание считать, что в образце 2 одновременно присутствуют области л и р-типа. Из фиг. 2 0, видно, что матрица образца 2 также имеет дырочную проводимость. Из площади под линиями

ЦР поглощения (1) и (2) (фиг. 2, а) определяется полное число свободных дырок и электронов. Измерения в диапазоне 0,7—

1,5 .я.я при Т 11 — 15 К позволили оценить о. Для образца 2 с размерами 0,58ХХ, 58Х0,2 ся при 12 К полное число дырок — 5 109 сл, электронов — б . 10, средний размер р=,2 10 †- сл.

Области консервированной проводимости найдены в германии, полученном как при введении лития в расплав, так и дрейфовым протягиванием — методе, применяемом для создания радиационных германий-литиевых детекторов. Во всех исследованных материалах из спектров поглощения было оценено полное число свободных дырок и электронов и средний размер областей.

Ф ор м ул а:изо 6 ретения

Способ исследования областей конверсированного типа проводимости в объеме полупроводника, основанный на взаимодействии носителей в электромагнитном поле, о тл,ич а ю щи и ся тем, что, с целью определения типа проводимости и среднего размера областей, измеряют спектры поглощения и фотопроволимости циклотронного резонанса, изменяют зависимости уширения линий спектра при изменениях частоты и температуры, по которым судят о параметрах областей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Афанасьев В. Ф. и др. Физика и техника полупроводников. Вып. 6, т. 3, 1974, с. 1090.

2. Копорова Л. Ф. Физика твердого тела. Вып. 3, т. 20, 1973, с. 2507.

811370

%з -г о а/ Z Z < S б 7 ВЮ/б///2Д/

//

/опря/яенность "/агно/и ого поля, я.,7 1

// / 2 о Ь б б 7 д У /б ///2/. 1«

Налряженнооть магнитного поля, е Э

А г. /

"-г

С ф

// / 2 g / б б 7 д Я 10// 2/о /

Напряя/епиость ногнитного .ол.ггпу

/ ! 1 о ф

/ ! (/ 2

// / 2 / 4 5 b 7 8 У //7 // /2 /у/о оЮКкенность огни пного поля„яо Ъа Р

Составитель Л. Смирнов

Техред Л. Куклина

Редактор О. Филиппова

Корректор С. Файн

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Заказ 347/354 Изд. № 229 Тираж 784 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытый

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5