Устройство для измерения времени жизни неосновных носителей заряда в полупроводниках Советский патент 1984 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к технике измерения параметров полупроводниковых материалов в магнитном поле и может быть использовано в полупро водниковой промышленности для контроля времени жизни (t) носителей заряда в кремниевых пластинах нераз рушающим методом на различньзх стадиях технологического процесса производства полупроводниковых приборов и интегральных схем. Известно устройство для измерения о неосновных носителей заряда, содержателе генератор тока, генерато переключающих импульсов напряжения, усилитель и блок регистрации. Величину 1 определяют по времени восстановления обратного тока р-п-перё хода, либо из зависимости величины прямого тока р-п-перехоДа от соответствующего значения диффузионной емкости l . Недостатком известного устройства является то, что оно относится к разрушающим методам измерения Т, поскольку требует формирования на поверхности исследуемого йристалла р-п-перехода. Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устрой ство j содержагдее блок намагничивания, соединенный с генератором переменного тока, источник света и модулятор света, оптически связанные, блок регистрации. Время жизни неосновных носителей заряда определяют по величине напряжения фотоэлектромагнитного эффекта (фЭМ) jj Недостатком указанного устройства .является то, что напряжение ФЭМ-эффекта освещенного участка полупроводника измеряют на частоте модуляц светового луча. Однако на этой же частоте к входу измерителя напряжения приложены паразитные фото-ЭДС возникающие в областях кристалла с неоднородным распределением примесей rf в приконтактных участках. Наличие паразитных сигналов ограничивает точность и чувствительность метода, особенно при измерении малых .значений времени жизни неосновных носителей зарйда, которое характерно для материалов, используемых в быстродействующих полупроводниковых приборах и интегральных схемах. Другим недостатком этого устройства являются ограничения при измерениях распределения С по пластинам полупроводников больших размеров, поскольку в этом случае необходимо использовать магниты с большим рабочим зазором, что приводит к сни,жению напряженности магнитного поля его однородности и соответственно к снижению чувствительности и точное ти измерений, а также к увеличению металлоемкости и энергопотребления установки. Кроме того, у данного устройства низкая производительность поскольку вследствие низкой -чувствительности выделение полезного сигнала на фоне паразитных фото-ЭДС требует увеличения времени регистрации. Цель изобретения - повышение точности измерения времени жизни неосновных носителей заряда в полупроводниках. Эта цель достигается тем, что в устройстве, содержащем блок намагничивания, соединенный с генератором переменного тока, источник света и оптически связанный с ним модулятор света, блок регистрации, блок намагничивания выполнен в виде Двух параллельных пластин со сквозной продольной щелью, один конец которых замкнут, а два других подключены к генератору тока, при этом продольная ось симметрии щели перпендикулярна продольной оси источг ника и модулятора света и пересекает ее. На чертеже представлена схема данного устройства. Устройство, содержит источник 1 света, модулятор 2 света, оптически связанный с источником, блок намагничивания, выполненный в виде двух параллельньсс металлических пластин 3 и 4, со свкозной щелью 5, один конец которых замкнут, а два других, подключены к генератору б переменного тока, блок 7 регистрации, соединенный с исследуемой полупроводниковой пластиной 8 с помощью двух зондов 9 и 10. Устройство работает следующим образомi . Ток от генератора б переменного тока, протекая по параллельным металлическим пластинам 3 и 4, создает переменное магнитное поле между параллельными пластинами в месте расположения исследуемой полупроводниковой пластины, достаточной для регистрации ФЭИ-эффекта величины. Луч света от источника 1 через модулятор 2 освещает участок исследуемой полупроводниковой пластины 8 с частотой Ы,свет Сигнал ФЭМ-эффекта измеряется .с помощью зондов 9 и 10 блоком 7 регистрации на разностной частоте со Магнитная-to g или суммарной W + vOlcger частоте. Передвигая в зазоре между параллельными металлическими пластинами 3 и 4 исследуемуто полупроводниковую пластину 8 либо смещая вдоль щели 5 луч света с зондами 9 и 10, можно измерять распределение вре;Мени жизни в исследуемой полупро;водниковой пластине 8,.

В предлагаемом устройстве регистрация сигнала с исследуемой полупроводниковой пластины производится йа частоте(G)„Ofн + сеет)

Значениясо„ет««ош т + аги ограни,чены сверху скин-эффектом. Скин-эффект приводит к увеличению сопро тивления лент, что не- дает возможности достигнуть необходимой надежности магнитного поля, а следователно, огпаничивает чувствительность регистрации.

СнизуМсвет/Ммагн r «qrH-W«Bet ограничены частотой сети 50 Гц и ее гармонйками. Наводки со стороны сети ограничивают чувствительность.регистрации.

Полосу частот 0-50 Гц можно использовать, но нецелесообразно по экономическим соображениям {увеличение металлоемкости трансформатора создание дорогостоящих фильтров в iобласти низких частот.

Кроме того, благодаря указанной конструкции электромагнита в виде

параллельных .металлических пластин со щелью имеется возможность выбора оптимального для чувствительной регистрации диапазона частот

WfggTH соответственного) tWeeer)-Это обеспечивает повышение точности измерения и сокращение времени. регистрации. Вместе с тем, указанная конструкция позволяет располагать в зазоре между параллельными металлическими пластинами плоские полупроводниковые пластины большого диаметра без уменьшения величины и однородности переменного магнитного поля, что также обеспечивает повышение точности измерений времени жизни на полупроводниковых пластинах большого диаметра.

Таким образом, данное устройство дает возможность неразрушающим способом контролировать с высо.кой точностью однородность распределения величины времени жизни носите,лей заряда в полупроводниковых |Пластинах большого диаметра, в йас.тоящее время 1аироко применяемых в полупроводниковой микроэлектронике

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ ЖИЗНИ НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ПОЛУПРОВОДНИКАХ, содержащее блок Нс1магничивания, соединен,ный с генератором переменного тока, источник света и оптически связанный с ним модулятор света, блок регистрации, отличающееся тем, что, с делью повышения точности измерения величины времени жизни, блок намагничивания выполнен в виде двух параллельных пластин со сквозной продольной щелью, один конец которых замкнут, а два других подключены к генератору тока, при этом продольная ось симметрии щели перпендикулярна продольной оси источника и модулятора света и пересекает ее. (Л С О f сл N5 О to