Бесконтактный способ определения эффективного времени жизни неравновесных носителей заряда в полупроводнике Советский патент 1990 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к полупроодниковой технике и может быть исользовано для определения времени изни иоситепей заряда в попупррводг иках.

Цепь изобретения - упрощение определения эффективного време:11и жизни неравновесных иоситёлей заряда для асширенного класса полупроводниковых атериалов, включая и нелюминесцирую- ие.

На чертеже приведена зависимость коэффициента поглощения К для СаАв п-типа проводимости от длины волны излучения при комнатной температуре.Пример 1. Исследуют полупроводник GaAs п-типа проводимости при температуре, близкой к комнатной.

Анализ зависимости коэффициента поглощения К от длины волны излучений П( показывает, что быстрое возрастание К в коротковолновой области соответствует краю с;обственного погло щения возрастание К в длинноволновую сторону обусловлено поглыцением на свободных носителях. Плотность теплового излучения следует регистрировать в диапазоне длин волн 0,9 мкм-i-7i 90 мкм, так как ширина запрещенной зоны Eq 1,А эВ, hc/E 0,9 мкм, плазменная длина волны для максимальной концентрации электJ|П

родов Пд 10 см , определенная

21ГСП /mV по формуле h --.-Чf ч

п„

равна 90 мкм (где h - постоянная Планка; с - скорость света в вакууме;, п - показатель преломления GaAsi q - заряд электрона; А „ длина волны излучения, соответствующая плаз- менно1 1у отражению; максимальная концентрация электронов j 9 длина волны излуг1ения} т - эффективная

масса электрона.

I

Для, детектирования излучения использовался фоторезистор из CdQ,j HgQgTe при 77 К, которь й имеет границу чувствительности при мки.

-Таким образом, практически диапазон длин волн 1-11 мкм. Максимальный коэффициент поглощения в з том-диапазоне равен для максимальной концентра- Ц1Ш электронов ю см К 200 см.. Следовательно толщина d образца должна быть в ,пределах 0,52 .d, 50 мкм, например 10 мкм.

O

5

0

5

0

5

40

45

50

55

Для длины оолиыц - 0,8 мкм поглощение определяется межэонными переходами. Коэффициент поглощения для таких переходов эависит от энергии кванта и иё эависит от концентрйт ии носителей заряда, Таким Ьбразом,временная зависимость плотности излучения на длине волны 0,8 мкм не будет пропорциональна концентрйции носителей и эффективное время жизни не может быть определено иа этой длине волны. Кроме того, коэффициеит поглощения для Ik 0,8 мкм больше 10 см и условие, d 1/К -не выполняется. В этом случае излучатель- ная способность полупроводника не зависит от концентрации носителей заряда. Это вторая причина, почему на этой длине волны невозможно измерить время жизни носителей заря- да.

Пример 2. Тот же материал при той же температуре. Длина волны 1 мкм. Этой длине волны соответствует К 2 , и поглощение происходит на свободных носителях и вьшол- няется условие , так как 1/К 5000 мкм., В этом случае временная зависимость плотности теплового из- лучения повторяет временную завис и- мость концентрации неравновесных носителей, из который по стандартной методике спадания в е раз определяется эффективное время жнзнИ;

П р и м. е р 3. Тот же материал при той же температуре. Длина волга) Ъ мкм. Этой длине волны соответствуют (см.чертеж) сьГ , и поглощение происходит на свободных ноСи- т,елях; .Условие вьтолняется} так как 1/К 3300 мкм. Следовательно, временная зависимость плотности теплового излучения повторяет временную зависимость концентрации неравновесных носителей заряда, и время жизни может быть определено.

Пример 4. Длина волны 11 мкм, Она соответствует поглощению на свободных носителях, К 15 см , t/K« 666 . Следовательно, так же,как и в предыдущих примерах,эффективное время жизни может быть -определено. J.

П р и м е р 5. Дпнна .12 мкм, Чувствительность фотодетектора равна нулю,так как энерпгя кванта излу- чения меньше ширины запрещенной зоны фотодетектора. Таким образом,-на.

этой длине волны с данным де-тектором время жизни не может быть опрелелйно, Ввиду ..отсутствия фотодетектора с чувствительностью к излучению Ц 90 мкм ограиичнпись длиной волны 12 мкм.

Фор ну л а и э о б) р

е т е и и я

10

Бесконтактный способ определения эффективного времени жизни неравно - весньк носителей заряда в полупро- . воднике, включающий создание неравно весной концентрации свободных носите- е лей путем.импульсного облучения, измерение плотности излучения из полупроводника и вычисление времени жизни по времени спада измеряемой величины в е раз после окончания импульса облучения, отличающийся тем, что, с целью упрощения определе- ния эффективного времени жизни не- равновесаых носителей заряда для рас20

ширенного к.пасра. полупроводниковых материалов, включая и нелюминесци- рующие, регистрируют плотность теплового излучения полупроводника в диа

е

пазону длин волн

he

( Соответ0

. Ё. ствующих поглощению на свободных носителях, а толщину исследуемого образ « , 1 ца выбирают Яз условия г;- ч 5

Г|1х

где К - коэффициент поглощения излучения в выбранном диапазоне длин волн{

d - толщина образца)

Е, - ширина запрещенной зоны

исследуемого полупроводника 01 i,- длина волны, соответствующая плазменному отражению} показатель преломления исследуемого полупроводника , - скорость света в вакууме} « постоянная Планка.

п с h

в