Способ определения подвижности неосновных носителей заряда Советский патент 1983 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к полупров никовой технике и может быть исполь зовано для контроля подвижности нео новных носителей заряда (ННЗ) в полупроводниковых материалах используемых для изготовления полупроводниковых приборов. Известен способ измерения подвижности ННЗ, основанный на создаг НИИ двух коллекторных выпрямляющих контактов к полупроводниковому образцу, подачу на образец элект рического поля, инжекции пакета. ННЗ измерении времени дрейфа пакета ННЗ в электрическом поле от первого коллекторного контакта ко второму, измерении расстояния между коллекторными контактами, вычислении подвижности ННЗ по формуле ГГё где L - расстояние между коллекторными контактами; время дрейфа пакета ННЗ; Е - напряженность электрическог поля l . Однако способ обладает низкой точностью в применении к полупровод никам с малой диффузионной длиной (образцы при этом имеют толщины порядка 100 мкм), поскольку коллектор ные контакты имеют конечные размеры (примерно 10 мкм), что не позволяет точно определить расстояние между этими контактами и в случае малых толщин приводит к значительным по грешностям. Кроме того, точность из мерений этим способом существенно ограничивается шумами и нелинейностью коллекторных контактов. Способ сложен технологически для измерений в полупроводниках с малой диффузионной длиной, так как создание выпрямляющих коллекторных контак тов на образце толщиной порядка 100 мкм является трудно осуществимой задачей. Следует отметить, что инжекция в коллекторный контакт не всегда эффективна, в частности в УЗКОЗОННЫХ материалах и при повышенных температурах, что создает дополнительные сложности. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения подвижности ННЗ, основанный на помещении образца в скрещенные электрическое и магнитное поля образом, чтобы векторное произведение вектора напряженности электрического поля и вектора индукции магнитного поля было перпендикулярно поверхности образца, инжекции пакета ННЗ путем освещения поверхнос тИ образца импульсом сильнопоглоща мого света t2j Недостатком этого способа является низкая точность определения подвижности ННЗ для полупроводниковых материалов с малыми диффузионными длинами. Это связано с неопределенностью расстояния между коллекторными выпрямляющими контактаг и, которая обусловлена конечностью их размеров. Погрешность велика, так как размер образца в направлении движения пакета ННЗ должен быть порядка растянутой диффузионной длины (дифФузшэнной длины вдоль электрического поля), иначе процессы рекомбинации и диффузии уменьшат концентрацию ННЗ настолько, чторегистрация последних станет невозможной. Точность способа существенно снижается из-за шумов и нелинейности коллекторных контактов. Цель изобретения - повышение точности оп ределения подвижности ННЗ в полупроводниках с малой диффузионной длиной носителей и упрощение способа. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения подвижности ННЗ, Основанному на помещении образца в скрещенные электрическое и магнитное поля таким образом, чтобы векторное произведение -вектора напряженности злектричес- кого поля и вектора индукции магнитого поля было перпендикулярно поерхности образца, инжекции пакета, ННЗ путем освещения поверхности образца импульсом сильно поглощаемого света, регистрируют сигнал фотолюминесценции с поверхности образца противоположной освещаемой поверхности, измеряют время задержки максимального сигнала фотолюминесценции относительно максимума интенсивности импульса сильно поглощаемого света я вычисляют подвижность ННЗ по форму ® РосиГЛ 4d Л (.ОС«-Т-№ „1 Ев) , гдея1осн рнеосн « Движности основных и неосновных носителей заряда соответственно, « толщина образца в направлении переноса пакета ННЗ, м; напряженность электрического поля, В/мг индукция магнитного поля. Т; время задержки сигнала фотолюминесценции , определяемое как интервал между моментом максимума лазерного импульса, осуществляющего инжекцию пакета ННЗ и моментом максимума сигнала фотолюминесценции, с. На фиг. 1 представлена схема рас положения измерительной установки; на фиг. 2 - осциллограмма процессов Установка включает полупроводнико вый образец 1, снабженный омическими контактами, полюса электромагнита 2 источник 3 сильно поглощаемого света (лазер), фокусирующую линзу 4, прием ник 5 излучения и осциллограф 6 для измерения времени переноса. Сущность предложенного способа со тонт в следующем: Берут полупроводниковый образец, толщина которого на много превышает глубину проникновения сильно прглоща мого света и диффизионную длину носителей заряда. На одной из граней образца коротким лазерным импульсом осуществляют оптическую инжекцию пакета ННЗ. В отсутствие внешних полей с противоположной неосвещенностью грани никакого сигнала оптического излучения не наблюдается. Это происходит вследствие того, что ННЗ рекомбинируют вблизи освещенной поверхности образца и ввиду сильного самопоглощенйя рекомбинационное излучение практически не доходит до задней noBepXHOjCTH. При наложении скрещенных Е и В полей происходит дрейф пакета ННЗ к задней поверхности . Дрейф пакета ННЗ имеет амбиполяр ную природу и, следовательно, дрейфовая скорость определяется подвижностью как основных, так и неосновны носителей. Концентрация носителей .вблизи неосвещенной поверхности стаг новитсябольше равновесной и появляется сигнал фотолюминесценции с задней поверхности, задержанный относительно момента генерации ННЗ на время переноса пакета ННЗ через толщу образца. Из осциллограммы этих проце сов (причем для максимума сигнала время переноса описывается расчетной формулой), измеряя время задержки, можно определить подвижность ННЗ, (подвижность основных носителей заряда обычно известна или легко может быть определена стандартным методом) Формула справедлива при неэамагничивающмх полях, т.е. fUHtocH 1. Предлагаемый способ справедлив при малых уровнях инжекции ННЗ. Длительность лазерного импульса, осуществляющего инжекцию пакета ННЗ, должна быть значительно меньше времени задержки сигнала фотолюминес ценции. В этом способе движение ННЗ контролируется не по току основных носителей, как в известном способе, а по сигналу фотолюминесценции Поэтому отпадает необходимость установки коллекторных контактов на образце. При этом существенно (на порядок) уменьшается неопределенност в измерении расстояния, на которое переместится пакет ННЗ. При оптичесКОЙ инжекции используется сильно поглощаемое излучение (коэффициент поглощения ) , следовательно, пакет HHS возникает в слое толщиной Ю мкм, тогда как в изи вестном способе приход пакета к первому коллекторному контакту контролируется с точностью до 10 мкм. Также ввиду сильного поглощения излучения приход пакета ННЗ к задней грани определяется с точностью . .-. до 1 мкм, а в известном способе приход пакета к первому коллекторному контакту контролируется с точностью до 10 мкм. Также ввиду сильного поглощения излучения приход пакета ННЭ к задней грани определяется с точностью до 1 мкм, а в известном способе приход пакета ННЗ к второму коллекторному контакту определяется с точностью до 10 мкм. Кроме того, в связи с отсутствием коллекторных контактов устраняпотся погрешности, связанные с шумами и нелинейностью последних, помимо этого упрощается подготовка образцов к измерениям, устраняется такая сложная технологическая операция, как создание коллекторных выпрямляющих контактов. Пример. Образцы выполняют из нелегированного и- Зп5Ьс концентрацией нескомпенсированных доноров , 10 см Толщина пластины составляет 1,5 40 см. Измерения проводят при К. Омические контакты наносят сплавом индия с теллуром, С помощью держателя образцы устанавливают между полюсами электромагнита, после чего к контактам кристалла подаютэ электрическое поле. На одной из соответствующих граней образца коротким лазерным импульсом генерируется паНет ННЗ. Измерения проводят при постоян ном магнитном поле. Значение (Uoc определено стандартным методом и составляет|Uоси 27,3 м/В,«с. Измерения проводят-при нескольких значениях электрического поля. Результаты измерений и вычислений по формуле приведены в таблице. Полученные значения подвижности хорошо согласуются с известными данными.

В известном способе упрощено из.мерение подвижности ННЗ заряда. В предлагаемом способе это упрощение сохраняется, а также расширяется

класс исслегдуемых материалов в сторойу полупроводников с малой диффузионной длиной и упрощается подготовка образца..

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДВИЖНОСТИ НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА, Основанный на помещении образца в скресценные электрическое и магнитное поля таким образом, чтобы векторное произведение вектора напряженности электрического поля и вектора индукции магнитного поля было перпендику лярно поверхности образца, инжекции пакета неосновных носителей заряда путем освещения поверхности образца импульсом сильно поглощаемотб света о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности определения подвижности неосновных носителей заряда в полупроводниках с малой диффузионной длиной носителей и упрощения способа, регистрируют сигнал фотолюминесценции с поверхности образца противоположной освещаемой поверхности, измеряют время задержки максимального сигнала фототпоминесценции относительно максимума интен сивиостя импулЪса сильно nryfiiffSi etJfi го°света и вычисляют подвижность неосновных носителей заряда по форму « . осчП. 4j П Д .ос«---U ;j-TjBl где {«нвоси подвижность неосновных носителей заряда; . Щ подвижность основшях ноjUocH J ситалей заряда; толокна образца в направлении переноса пакета неосновных: носите-, лей заряда; Е - напряженность электрического поля, 8 - ,индукция магнитного поля т время задержки максимального сигнала фртолю минесценции относительно максимума интенсивности импульса сильно поглощаемого света.

в

Фиг1