Способ измерения скорости поверхностной генерации- рекомбинации

 

С. С. Болгов, В. К. Малютенко, А. П. Медвидь- и-З. И..Пипа, с

l .

Рижский ордена Трудового Красного Знамени политехническин-.. институт и Институт полупроводников АН Украинской ССР изобретения (73 ) Заявители (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОВЕРХНОСТНОЙ

ГЕНЕРАЦИИ вЂ” РЕКОМБИНАЦИИ!

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для кентроля электрофиэических параметров полупроводниковых пластин, используемых при изготовлении полупроводниковых. прибоРоВ.

Известен способ измерения скорости поверхностной рекомбинации, основанный на помещении образца в скрещенные электрическое и магнитное поля, облучении светом о с энергией квантов, превышающей ширину запрещенной зоны, измерении зависимости интенсивности люминесценции от величины напряженности электрического поля, вычислении скорости поверхностной рекомбинации (1).

Недостатки этого способа — низкая точность, обусловленная погрешностями при определении абсолютных значений интенсивности люминесценции, его непригодность для . определения больших скоростей поверхностной рекомбинации.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения скорости поверхност2 ной генерации-рекомбинации, основанный на измерении интенсивности отрицательной люминесценции полупроврдниковой пластины, помещенной во взаимно перпендикулярные электрическое и магнитное поля, прн изменении напряженности одного из полей при постоянной напряженности другого поля (2).

Недостатками этого способа являются низкая точность и узкий диапазон измеряемых скоростей поверхностной генерация-рекомбинации.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измеряемых скоростей поверхностной генерации-рекомбинации.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения скорости поверхностной генерации- рекомбинации, основанному на измерении интенсивности отрицательной люминесценции полупроводниковой пластины, помещенной во взаимно перпендикулярные электрическое и магнитное поля, при изменении напряженности одного нз полей при постоянной напряженности другого поля, измерение интенсивности отрицательнь1й люгде е — заряд электрона; к — постоянная Больцмана;

10 с — скорость света в вакууме; т — абсолютная температура

d — полутолщина полупроводниковой пластины;

1. — диффузионная длина носителей заряда;

D — коэффициент биполярной диффузии, E х — напряженность электрического поля;

H> — напряженность магнитного поля;

p è/ñ — подвижности электронов и дырок;

P — интенсивность отрицательной люминесценции;

P — максимальная интенсивность отрицао тельной люминесценции.

На фиг. 1 приведена схема установки для осуществления предлагаемого способа; на фиг, 2 — распределение электронно-дырочных пар по толщине пластины; на фиг. 3 — полевые зависимости отрицательной люминесценции, где кривая 1 относится к первой грани пластины, кривая 2 — к второй грани.

Установка включает полупроводниковую пластину 1, источник 2 электрического поля, электромагнит 3, источник 4 питания электро35 магнита, приемник 5 электромагнитного излучения, осциллограф 6.

Способ осуществляют следующим образом.

В отсутствие внешних полей из полупроводника выходит равновесный поток излучения Р, 40 величина которого пропорциональна равновесной концентрации носителей тока n . При наложении скрещенных.Е х и Н> йолей в таком направлении, чтобы дрейф электроннодырочных пар происходил от исследуемой по- 4 верхности вглубь полупроводника, концентрация носителей вблизи этой грани становится меньше равновесного значения (фиг. 2). Соответствующим образом уменьшается интенсивность рекомбинационного излучения, т.е. наблюдается отрицательная люминесценция.

При сильном истощении приповерхностной час. ти полупроводника глубина модуляции рекомбинационного излучения практически становится равной значению Ро, а на полевой зависимости Р(Н)2 наблюдается насыщение.

Таким образом, максимальная амплитуда отрицательной люминесценции равна мощнос50

987712 минесценции проводят при изменении напря женности магнитного поля при постоянной напряженности электрического поля и расчитывают скорость поверхностной генерациирекомбинации по формуле 5

4 ти равновесного рекомбинапионного излучения свободных электронно-дырочных пар. Рассмотренная ситуация характерна для полу- проводников с собственной проводимостью.

При небольших отклонениях интенсивности рекомбинационного излучения P от Ро наблюдается прямолинейная зависимость P (H<) наклон которой определяется значением скорости поверхностной генерации- рекомбинации на исследуемой грани кристалла и не зависит от S на другой грани.

Поскольку в формулу (1) входит отногО шение мощностей, > измерение сигРо -Р налов люминесценции достаточно производить в относительных единицах, а за единицу измерения принимать максимальный сигнал отрицательной люминесценции в режиме насьпцения.

Таким образом, используя явление отрицательной люминесценции, можно определять скорость поверхностной рекомбинации в низкоомных полупроводниковых кристаллах в области высоких температур, при которых другие методы, например, основанные на измерении фотопроводимости или фотолюминесценпии, оказываются неэффективными.

Пример. Образцы выполнены из нелегированного О-Zn эЬ с концентрацией нескомпенсированных доноров МЗ вЂ” Nd 10 см .

14 -Э

Толщина пластины составляет 10 см. Образцы травятся в полирующем травителе

CP — 4А. Измерения проводят при комнатной температуре Т= 300 К.

Омические контакты наносят сплавом индия с теллуром. С помощью держателя образцы устанавливают между полосами электромагнита, после чего к контактам подают электрическое поле. По данным измерения сигналов отрицательной люминесценции с обоих граней пластины построены полевые зависимости, представленные на фиг. 3. Измерения проводят при постоянном электрическом поле напряженностью 20 В/см.

Глубина модуляции рекомбинационного излучения на участке насыщения полевых зависимостей Р Pg) t соответствует значению

Ро

Плотность потоков равновесного излучения одинакова с обоих граней, поэтому в нашем случае сигналы насыщения, измеренные разными приемниками с неодинаковой чувствительностью, можно приравнять друг к друту и принять за единицу отсчета, Далее, выбрав любые точки на прямолинейном участке полевых зависимостей (к примеру точки А и В), находят соответствующие им значения полей при известном постоянном Ех . В нашем случае точке А соответствует Н 9877

=1,5 кгс/см, а точке В 175 кгс при Е„=

20 В/см. Подставив в формулу (1) все значения, цаходят значения скоростей поверхностной рекомбинации на противоположных гранях пластины. При известных иэ литерату-. $ ры /ы., = 7.,7- 104 уя. = 7 ° 10э и 1. = 10Мкм скорости поверхностной рекомбинации соответственно равны $ = 3,4 ° 104 см/с и $. =

= 22,104 см/с

Предлагаемый способ. измерения скорости 10 поверхностной рекомбинации обеспечивает расширение диапазона измеряемых скоростей поверхностной рекомбинации. и повышение точности определения скорости поверхностной рекомбинации. 1S

Формула изобретения

Способ измерения скорости поверхностной

20 генерации-рекомбинации, основанный на измерении интенсивности отрицательной люминесценции полупроводниковой пластины, помещенной во взаимно перпендикулярные электрическое и магнитное поля, при изменении

2$ напряженности одного из.полей при постоянной напряжещюсти другого поля, о т л ича ю щи и с я тем, что, с цельюповышения точности и расширения диапазона измеряемых скоростей поверхностной генера30 ции-рекомбинации, измерение интенсивности

12 6 отрицательной люминесценции производят при изменении напряженности магнитного поля при постоянной напряженности электрического поля и рассчитывают скорость поверхностной генерации-рекомбинации по формуле

4 (х„.- хр) х х о

1 КТС Ро-Р где d — полутолщина полупроводниковой пластины;

1 — диффузионная длина носителей заряда, е . — заряд электрона;

К вЂ” постоянная Больцмана;

С вЂ” скорость света в вакууме;

Π— коэффициент биполярной диффузии; 1фп, . - полвижности злектРонов ll ДыРок;

E х — напряженность электрического поля;

Н вЂ” напряженность магнитного поля;

P — интенсивность отрицательной люминесценции;

Ро — максимальная интенсивность отрицательной люминесценции;

Т вЂ” абсолютная температура.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке

Йе 2639851/18-25, кл. Н 01.L 21/66, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2993646/18-25, кл. Н 01 L 21/66, 1980 (прототип).

987712

Составитель Л. Смирнов

Техред М.Надь

Редактор А. Мотыль

Заказ 10316/41 файф

СР

Тираж 701

ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор А. Ференц

Подписное