Способ определения потенциала границы раздела в полупроводниковых структурах Советский патент 1983 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для контроля полупроводниковых структур в процессе изготовления полупроводниковых приборов.

Известен способ определения потенциала границы раздела в гетеропереходах, основанный на измерении зависимости высокочастотной емкости гетероперехода от напряжения смещения 13.

Недостатком этого способа является то, что он позволяет определить потенциал границы раздела только при нулевом значении напряжения смещения и при известном законе легирования полупроводниковых материалов.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения потенциала границы раздела в полупроводниковых структурах, основанный на приложении к структуре напряжения смещения, облучении структуры импульсов света, имеющим энергию квантов, большую ширины запрещенной зоны полупроводника, измерении фрто-ЭДС насыщен ияШ .

- Недостатком известного способа является узкая область применения, поскольку он не обеспечивает возможности определения потенциала границы раздела в полупроводниковых гетеропереходах.

Цель изобретения - расширение области применимости способа путем обеспечения возможности определения потенциала границы раздела в полупроводниковых гетеропереходах.

Поставленная цель достигается

10 тем, что, согласно способу определения потенциала границы раздела в полупроводниковых структурах, основанном на приложении к структуре напряжения смещения, облучении струк15туры импульсом света, имеющим энергию квантов, большую ширины запрещенной зоны полупроводника, измерении фото-ЭДС насыщения, структуру об2Q лучают импульсом монохроматического света с энергией квантов, большей ширины запрещенной зоны одного из полупроводниковых материалов, образующих гетеропереход, но меньшей ширины запрещенной зоны другого по25лупроводникового материапа, дополнительно измеряют фото-ЭДС насыщения при облучении структуры импульсом света с энергией квантов, большей ширины запрещенной зоны полупровод- никовых материалов, образующих гетеропереход, при измерениях фото-ЭДС насыщения величину тока, проходящего через гетеропереход, поддерживают постоянной.

На Чертеже изображена энергетическая зонная диаграмма реального {зотопного гетероперехода с ПС на (границе раздела,..

На диаграмме обозначеныгЭ и 3 i величины потенциалов I изгибов aoiT) на границе fV - напряжение смещения ; ширины запрещенных зон плупроводниковых материалов; Ер и Ерквазиуровни ферми.

Измерение потенциала ( и fgj границы раздела полупроводникового гетероперехода осу14ествляется следующим образом.

На гетеропереход подается напряжение смещения .V и он освещается импульсом света, энергия квантов которого Е(,Л ) Ecr Ecg2 При таком освещении происходит спрямление зон в обоих полупроводниках, а так как ток через гетеропереход поддерживается постоянным, то изменение напряжения на гетеропереходе вызвано только возникающей фото-ЭДС и равно ей по величине (аналогично режиму холостого хода). В этом случае измеряемая величина фото-ЭДС насыщения равна(-Г/%)( j Достижение насыщения фото-ЭДС проверяется с помощью нейтральных фильтров. Затем гетероперехо освещается импульсом света с Et Е( При этом измеряемая фото-ЭДС насыщения равна -

Из двух проведенных измерений фото-ЭДС насыщения при данном напряжении смещения определяются величины Ч и 2, т.е. искомые потенциалы .границы раздела полупроводникового гетероперехода. Описанный выше способ справедлив для гетеропереходов любого типа.

Предлагаемый способ -используется для определения потенциала границы раздела в гетеропереходе hColS -nCdSe (Ec5CdSe 2,5-43b, EcgCaseИ,в-(эЬ )

На гетеропереход подается напряжение смещения от источника питания через устройство, препятствующее изменению тока в гетеропереходе при его освещении. Источником импульсов света слжит фотовспышка ФИЛ-11М, имеющая в импульсе энергию излучения л/36 Дж. Необходимый спектральный энергетический диапазон импульсов выбирается С помощью светофильтров. Сигнал фотоЭДС регистрируется на запоминающем осциллографе С 8-11, после предварительного усиления. При напряжении смещения 0,25 В (+ наСйЗе) и энергии квантов Е(Л./2,54 измеренная величина фото-ЭДС насыщения составляет -0,1 В, а при 1,81 эВ ,« Е() Г2,54 э.В, ,M - Р/2 В. Отсюда г -УфнЧ - - 3,2 эВ/а ,+ , и 3 эв.

Способ впервые позволит измерить ротенциал границы раздела в реальных полупроводниковых гетеропереходах любого типа, при любом допустимом напряжении смещения и любом законе легирования полупроводниковых материалов, что является актуальным для физических исследований гетеропереходов и разработки устройств на их основе.

Формула изобретения

Способ определения потенциала границы раздела в полупроводниковых структурах, основанный на приложении к структуре напряжения смещения облучений структуры импульсом света, имеквдим энергию квантов, большую ширины запрещенной зоны полупроводника, измерении фото-ЭДС насыщения, отличающийся тем, что, с целью расширения области применимости способа путем обеспечения возможности определения потенциала границы раздела в полупроводниковых гетеропереходах, при измерении фото-ЭДС насыщения структуры облучают импульсом монохроматического света с энергией квантов, большей ширины запрещенной зоны одного из полупроводниковых материалов, образующих гетеропереход, но меньшей ширины запрещенной зоны другого полупроводникового материала, дополнительно измеряют фото-ЭДС насыщения при облучении структуры импульсом света с энергией квантов большей ширины запрещенной зоны полупроводниковых материалов, образующих гетеропереход, при измерениях фото-эДС насыщения величину тока, проходящего через гетеропереход, поддерживают постоянной. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Шарма Б.Л.,Пурохит Р.К. Полупроводниковые гетеропереходы. М., Советское радио, 1979,с. 25.

2.Lam Y.W. Surface-state Densit and surface patential in MIS capacitors by surface photovoltage measurements I I.Phys D. Appl.Phys

4, 1370 (1971) (прототип;.