Способ определения энергии ионизации глубоких уровней в полупроводниках Советский патент 1983 года по МПК H01L21/66 

где t максяолаяьное или установив шееся время релаксации ёмкости;

Х - время максвелловской релаксации полупроводвеика; дЕ - энергия ионизации глубокого уровня;

Ц - постояонная Больцмана; у . температура при которой производятся измерения. На ({шпг. 1 приведена диаграмма уро&ней энергии; на фиг, 2 - зависимости логарифма времени релаксации от обра-рного напряжения смещения на кремниевой МДП-структуре при различных температурах; на фиг. 3 - кривые . - i. О /-t)для устано вившихся значений t. .

Сущность способа состоит в следук щем.

Согласно существующим теориям врем релаксации может быть выражено как

), (i)

гдр t максвелловское вр&мя релаксации, о - удельное объемное

сопротивление;

2X1. - время сквозного дрейфа электронов через область пространстBeHjforo заряда.

Барьерный слой является макрорелаксатором, к котор ж1у применена формула (. 1 ) ,.

После тепловой генерации электронов с поверхностных состояний полупроводника У1 .-типа они дрейфуют в поле инверсно.го и. обедненного слоя за время 2. Уровень Ферми на поверхнооти полуп;роводннка находится на наибольщей глубине, поэтому наиболее вероятна темновая геНерапия электронов с глубоких центров Е (см. фиг. 1) в то время как в области пространственного зарада (ОПЗ) тепловая генерация менее вероятна. При достаточно большом смещении реализуется сквозной дрейф электронов через барьерный слой, что приводит к изменению его емкости. Следовательно, в результате приближения уровня Ферми ( f ijb V «5 уровням глубоких центров t -. на noBejJXftbCTH полупроводника при наложении обратного напряжения достаточно больщой величины наблюдается интенсивная теплова

генерация электронов с центров Е и их лоследуюишй сквозной дрейф через слой ОПЗ. В связи с этим поверхност ные доноры заряжаются положительно, изгиб зон уменьшается, так что уменьшается к толиоша слоя ОПЗ, а следовательно, его емкость возрастает . Темп процесса определяется по формуле (1). Процесс завершается, когда

глубокие центры- доноры оказываются ионизированными.

Аналогичная картина наблюдается и в полупроводнике р-типа при включении обратного смешения на МОПструктуру. Зоны изгибаются вниз и уровень (квазиуровень) Ферми на поверхности полупроводника приближается к высоколежашим поверхностным состояниям - акцепторам. Тогда за

счет тепловой генерации электронов из валентной зоны указанные акцепторы заряжаются отрицательно, а в валентной зоне генерируются дьфки, последние дрейфуют сквозь барьерный слой. Так

что по формуле (1) будет определяться энергия ионизации глубоких ловерхностных центров - акцепторов Л t - Е. t 1 и величина 2 f у,, есть время сквозного дрейфа дырок. Изменение емкости

барьерного слоя оценивается аналогично.

Таким образом, после включения обратного напряжения на МДП-структуру наблюдается релаксация по ( 1 ) ,

причем величину С можно найти как время Ь всего переходного процесса, в течение которого изменяется емкость МДП-структуры. Переходной процесс заканчивается через вполне определенное время i , которое можно зафиксировать с погрешностью не более 10%, поскольку с помощью запоминающего I осциллографа легко сделать отсчет визуально. На фиг. 2 приведены кривые

ty как функции обратного смещения на кремниевой МДП-структуре при ра личных температурах Наблюдается увеличение -Ьс с ростом обраатного напряжения до некоторого установившегося

(максимального) значения. Последнее и соответствует Т по ( 1) . Поскольку 4|ч А ехр А Е /КТстроят зависимость с (1/Т и находят ДЕ для различных значений обратного напряжения и, в част

ностн, для установивщегося (максимального) -fcc . Отсюда определяют Д Е и сравнивают -Ь с Г при расчете по формуле ( 1) . Как показал эксперимент, установившееся значение -t- можно при- равнять по ( 1 ) . Следовательно, приравнивая установившееся (максимальное) значение f по формеле (1) можно рассчитать At если известны 1Гд,, КТ -. Пример. На фиг. 3 приведены кривые (.;: |тдля установитшихся зна чений -Ье- и по наклону этой линейной зависимости л О,74 Д. О,02 эВ; Посжольку здесь у 5О Ом-см при 1СГ 0,026 эВ,-гГд 5 -lO-f - с. По формуле (1) li/ 18 с. Экспериментальное значение , 17 с, следовательно . Необходимо подчеркнуть, что даже при значительном изменении величина дЬ меняется немного, поскольку зависимость экспонентпиаяьная. Например, при изменениях -tc. в два раза (пр заданных значениях ,7 эВ) величина изменяется лшшь примерно на одну сотую электровольт. Т.е. способ имеет высокую чувствительность и точность. Предлагаемый способ отличается вы сокой точностью, поскольку величина-bg экспериментально определяется с погре ностью порядка 10%, что может отразиться лишь на третьем знаке- после запятой в A-t , т.е. на тысячных долях электронвольт. Способ отличается прос тотой , экспрессностью, не требует сп циального сложного оборудоватотя (в ча ности, не нужен дискриминатор иди НОГУ спектрометр), в связи с этим обладает более высокой технико-эконом ческой эффективностью по сравнению с используемыми ранее Формула изобретения Способ опредедхения энергии ионизации глубоких уровней в полупроводниах, основанный на подаче на МДП-струк- уру прямоугольных импульсов напряения смешения обратной полярности измерении времени релаксации емкоои, отличающийся тем, что, целью упрощения и снижения трудоемкости, на МДП-структуру подают импульсы напряжения с последовательно возраоаюшей амплитудой измеряют при постояной температуре зависимость времени елаксапии емкости от напряжения смешеия, измеряют максимальное ър&ля р&аксаиии емкости и вычисляют энергию овизашга глубокого уровня uiino формуе. с ктеи, где Т -максимальное или установившееся время релаксащш емкости;-время максвелловской релак- садии полупроводника: A.t - энергия ионизации глубокого уровня; К - постоянная Больпмана; Т - температура, при которой производятся измерения. Истгочники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Андроник И. Kk и др. Положение глубоких энергетических уровней в крвоталлах теллурида шшка. Сб. Совещ ние по глубоким центрам в попупровсдниках. 1972, Одесса, 1972, с. 13. 2.Гольдберг Ю. А., Седов В. Е. Определение параметров примесных атомов в CQ переходах методом релаксации емкости. Физика и техника полупроводников. Т. 6, 1972, № 7, с. 1383-1385.

ллт;

С

fji(t

a

1

Iff

V,B

20

Фиг.