Устройство для измерения параметров поверхностных состояний на границе раздела в полупроводниковых гетеропереходах Советский патент 1984 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения параметров поверхностных состояний на границе раздела в полупроводниковых гетероструктурах различного типа.

Известны устройства для определения параметров границы раздела полупроводник-диэлектрик, принцип действия которых основан на измерении зависимости высокочастотной емкости исследуемых структур от напряжения смещения flj . Однако эти устройства применимы для исследования гетеропереходов только в тех случаях, когда гетеропереход при определенных приближениях можно рассматривать |как МДП-структуру.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерений параметров поверхностных состояний (ПС) на .границе раздела в полупроводниковых гетеропереходах 2 , позволяющее измерять величину заряда на границе раздела и интегральную плотность перезаряжающихся ПС, оно содержит источник питания, измеритель стекающего заряда, первый электронный ключ для подсоединения исследуемой структуры к источнику питания и второй электронный ключ для подсоединения исследуемой структуры к измерителю стекающего заряда, регистрирующий прибор и блок управления электронными ключами, обеспечивающий синхронное переключение структуры от источника питания к измерителю стекающего заряда.

Недостатком этого устройства является невозможность определения потенциалов границы раздела и спектральной плотности поверхностных состояний.

Целью изобретения является расширение области применения устройства путем обеспечения возможности дополнительного определения потенциалов границы раздела и спектральной плотности поверхностных состояний в реальных полупроводниковых гетеропереходах.

Поставленная цель достигается тем что в устройство для измерения параметров поверхностных состояний на границе раздела в полупроводниковых гетеропереходах, содержащее источник питания, измеритель стекающего заряда, первый электронный ключ для подсоединения исследуемой структуры к источнику питания, второй электронный ключ для подсоединения исследуемой структуры к измерителю стекающего заряда, регистрирующий прибор и блок управления электронными ключами, обеспечивающий синхронное переключение структуры от источника питания к измерителю стекающего заряда введены отражатель тока, включенный между выходом источника питания и первым электронным ключом амплитудный детектор, подключаемый вторым электронным ключом между исследуемой структурой и входом регистрирующего прибора, и система импульсного освещения гетероперехода.

На чертеже дана схема устройства

Оно содержит источник питания 1, отражатель тока 2,исследуемый гетеропереход 3, блок управления 4, систему 5 импульсного освещения гетероперехода, амплитудный детектор 6, измеритель заряда 7, регистрирующий прибор 8 и электронные ключи 9 и 10

Устройство работает следующим образом.

С помощью блока управления 4 исследуемый гетеропереход 3 подключается к отражателю тока 2 и к амплитудному детектору 6. Величина i тока на выходе отражателя тока 2 регулируется источником питания 1 и не изменяется при освещении гетероперехода и уменьшении его сопротивления. Таким образом, задается напряжение смещения на исследуемой структуре. Затем гетеропереход освещается импульсом света со спектральной эне гиейЕ(, Eg,j , где Ел-, и ширина запрещенной зоны полупроводниковых материалов гетероперехода. Возникающее при импульсном освещении изменение напряжения на гетеропереходе пропорционально фотоЭДС, которая при насыщении равна () (() ,где (л и Ср - потенциалы на границе раздела; - заряд электрона. Величина этого изменения фиксируется амплитудным детектором 6 (выделяющим максимальное значение импульсного сигнала фотоЭДС и регистрируется прибором 8. Затем гетеропереход освещается импульсом света с Eg, ЕСЛ))-Е. . При этом на приборе 8 регистрируется величина равная - (i;/g. .

Из двух проведенных измерений фото-ЭДС насыщения при данном напряжении смещения определяются величины (2/ т.е. искомые потенциалы границы раздела полупроводникового гетероперехода. Затем сигналом с блока управления 4, подаваемым на электронные ключи 9 и 10, исследуемый гетеропереход синхронно отключается от отражателя тока 2 ключом 9 и подключается ключом 10 к измерителю величины стекающего заряда 7. Разряд поверхностных состояний может быть стимулирован внешним воздействием, например освещением. Величина стекающего заряда (Нет регистрируется прибором 8 и позволяет рассчитать заряд перезаряжающихся поверхностных состояний (nc)Q57 QcT-QV где QV подвижный заряд (рассчитывается, или измеряется, например, методом высокочастотной емкости).

Повторяя измерения при различных напряжениях смещения (V), получаем зависимости изменения потенциала границы раздела гетероперехода и изменения величины заряда перезаряжающихся ПС от напряжения смещения. Получив данные зависимости, можно определить спектральную плотность ПС, которая по определению пропорциональна отношению изменения заряда ПС к изменению потенциала на границе раздела.

Для реализации предлагаемого устройства используются обычные.схемы отражателя тока и амплитудного детектора. Источником света может служить, например, фотовспышка ФИЛ-ИМ с набором светофильтров.

Предлагаемое устройство позволяет измерять параметры поверхностных состояний на границе раздела в реальных полупроводниковых гетероперехо0дах любого типа и при любой концентрации нескомпенсированных примесей IB полупроводниковых материалах гетероперехода. Это является актуальным для физических исследований гетеропереходов и разработки устройств

5 на их основе.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНЫХ СОСТОЯНИЙ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕТЕРОПЕРЕХОДАХ, содержшдее источник питания, измеритель стекающего заряда, первый электронный 1 S-i ключ для подсоединения исследуемой структуры к источнику питания, второй электронный ключ для подсоединения исследуемой структуры к измерителю стекающего заряда, регистрирующий прибор и блок управления электронными ключамиf обеспечивающий синхронное переключение структуры от источника питания к измерителю стекающего заряда, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения путем обеспечения возможности дополнительного определения потенциалов границы раздела и спектральной плотности поверхностных состояний, в устройство введены отражатель тока, включенный между выхо- § .дом источника питания и первым элект- . ронным ключом, амплитудный детектор, 1/Л подключаемый вторым электронным 1 ключом между исследуемой структу- № рой и входом регистрирующего прибора и система импульсного освещения с гетероперехода.