Способ определения подвижности носителей заряда в твердых телах Советский патент 1991 года по МПК H01L21/66 

112

Изобретение йтноситсп к области гюлутфоподнйковой техники и материаловедения и может бытоь использовано для определения подВ 1жности носителе заряда в металлах, вьфожденных полу- проводникам структурах металл - диэлектрик - полупроводник, гетеропереходах, бикристаллах и других действующих устройствах электронной техники.

Цель изобретения - повьтение чувствительности и точности.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема измерений, реализующая предлагаемый способ; на фиг. 2 - зависимость производной магнитосопротив- ления dR/dVa МДП-транзистора от ин- дУкции магнитного поля В при фиксированном значении напряжения на затворе Vg 15 В (пунктир-огибающая); на фиг. 3 - зависимость относительной амплитуды А осцилляции произвоЗд- ной магнитосопротивления МДП-транзистора от индукции магнитного поля В в координатах En А от В .

Схема измерений содержит генератор 1 переменного напряжения, блок 2 питания, источник 3 магнитного поля (соленоид), датчик А индукции магнитного поля, источник 5 постоянного то ка, селективный вольтметр 6, двух- координатный самописец 7, объект исследования (на фиг. 1 выделен пунктиром), в качестве которого выбран полевой транзистор 8 с изолированным затвором, слоем диэлектрика 9, проводящим слоем 10, токовыми контактами J 1 и подложкой 12,

Пример. Проиллюстрируем применение способа на примере определения подвижности электронов в инверсном слое кремниевого МДП-траН- зистора, изготовленного на подложке (ЮО) из р-кремния, легированного бо

.

ром.

с удельным сопротивлением

20 Ом см. Толщина окисла составляет 0,1 мкм, площадь структуры ;; 3-1 Измерение производной магнитосопротивления dR/dV (фиг. 2) при фиксированном напряжении на затворе У 15В проводится по модуляционной методике в процессе изменения индук ции магнитного поля В от 1 до 3 Тл. Установленное значение температуры удовлетворяет условию реализации

j 2Jt

способа

kTrn ЬеВ

4I во всем интервале значений магнитной индукции.

где k 1,36-in- Лж/К и Ь 1 ,05 х X - постоянные Больцмана и Планка соответственно, е I,60 х X 10 Кл - заряд электрона, тп 0,19 т -.эффективная циклотронная масса электрона в плоскости (100) SJ , т 9,11-10 кг - масса электрона, I Тлев 3 Тл - индукция магнитного поля. Подвижность носителей заряда определенная известным способом по измеренному значению магнитной индукции В , при котором возникают квантовые социлляции магнитосопротивления (фиг. 2), равна ,гО,8 MVBc (В/ 1,2 Тл).

Таким образом, значения индукции магнитного поля, приложенного перпендикулярно поверхности Ri, при измерении зависимости dP/dVg удовлетворяют

условию

;.„. Ц

во всем

25

30

35

40

исследуемом интервале. На фиг. 3 определяют изменение величины обратной индукции магнитного поля д(Е/В), исходя из условия линейности зависимости натурального логарифма амплитуды осцилляции магнитосопротивления Zn А ОТ/Е-/В. Амплитуда осцилляции магнитосопротивления А из- мepяetcя в точках максимумов или минимумов производной магнитосопротивления (точках касания огибающей с графиком функции dR/dVj. Далее определяют изменение логарифма амплитуды осцилляции магнитосопротивления &( In А), соответствующее вели- чине л(1/В), и вычисляют подвижность fi носителей заряда по формуле

Г- А). L 9Г

(17в)

ykTme. t,e

;

Для рассматриваемого примера значения величин, определенные по фиг, 3, равны й(1п А) -2,50, ) 0,147 Тл, Подставляя указанные выше численные значения величин, входящих в расчётную формулу, получают значение подвижности электронов f 1,17 MVBc.

Формула изобретения

Способ определения подвижности носителей заряда в твердых телах, включающий приложение к образцу тянущего

31289

электрического и магнитного полей при постоянной температуре, измерение значения индукЦии магнитного поля Вд, при котором возникают осцилляции производной магнитосопротивления, и 5 определение подвижности носителей заряда р, расчетным путем, отличающийся тем, что, с целью повьпления чувствительности и точности, температуру образца устанавли- вают исходя из условия НеВ ,„, ЬеВ

2ЛЧш,

14

Itm

I

измерение зависимости амплитуды ос- лилляций производной магнитосопротивления производят при изменении индукции магнитного поля В в пределах

« / В

2Т( Ке

.расчетным путем находят значение под-25 вижности носителей заряда по формуле

j

.J

д(1п А) й(1/В) .

Hgk 1 tie -

где (Ц - подвижность носителей заряда ;

, - подвижность носителей заряда, определенная известным способом при индукции магнитного поля В ;

В - индукция магнитного поля;

А - амплитуда осцилляции производной магнитосопротивления ;

л(1п А) - изменение логарифма величины А;.

л(L/B) - соответствующее изменение величины обратного маг- .нитного поля;

k - постоянная Больцмана;

Ъ - постоянная Планка}

е - величина заряда носите- лей;

m - циклотронная масса электрона;

Т - температура образца.

Изобретение относится к области полупроводниковой техники и материаловедения и может быть использовано для определения подвижности носителей заряда в металлах, вырожденных полупроводниках, структурах металл- диэлектрик-полупроводник , гетеропереходах, бикристаллах и других действующих устройствах электронной техники. Целью изобретения является повьшенне чувствительности и точности. После предварительного опреде-- ления подвижности носителей заряда по магнитосопротивлению при индукции магнитного поля Во производят измерения зависимости амплитуды А. Осцйля- ции производной магнитосопротивления измеряются в точках максимумов и минимумов при температуре образца Т, устанавливаемой в пределах . he9 2Jr -k-inj. eB/km и при изменении индукции магнитного поля В в пределах (uV В 2lr kTm /|,e, где k - постоянная Больцмана, - постоянная Планка, го - циклотронная масса электрона, е - заряд электрона. Используя измеренную зависимость А от индукции магнитного поля В, вычисляют уточненное значение подвижности носителей заояда ч по фор муле / -1/2}(А пА/л «(1/В) - TtkTm /beV. 3 ил. W со о

/г./

,, «

//«/C7

at

Составитель Л. Смирнов Редактор Т. Янова Техред И.ПоповичКорректоре. Черни

«.i ,И,.ацдцищ....и-тт-т-ТТЯ Т-тпят--I- -1Tftf-

Заказ 3436 Тираж 364Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. .4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4