Способ определения времени релаксации заряда на поверхности твердотельного электрода Советский патент 1988 года по МПК H01L21/66 G01R31/26 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для исследования поверхностных состояний полупроводников и диэлект- ри.ков, применяемых в полупроводниковой технике.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения времени релаксации зарядов различных центров накопления поверхностных состояний и уменьшение времени измерения за счет регистрации максимумов нестационарного разрядного тока различных центров накопления поверхностных состояний при разных скоростях развертки потенциала между электродами. .

Цель достигается тем, что по способу определения времени релаксации заряда на поверхности твердотельного электрода, заключающемуся в том, что электрод помещают в измерительную ячейку, в качестве измерительной ячейки используют электрохимическую, на электрод воздействуют линейно нарастающим потенциалом в двух последовательных циклах измерения при разных скоростях нарастания, нарастание потенциалов в обоих циклах произво- дят от фиксированного начального зна- чения, регистрируют моменты появления максимумов нестационарного разрядного тока в каждом цикле измерения определяют время релаксации заряда по формуле.

с

tzVg - t.V,

t 2 t,

где t и t, - моменты появления макс ь-, -

мумов нестационарного разрядного тока;

V , и V - значения скоростей нарастания потенциалов в

обоих циклах. I

Когда в электролит помещают твердотельный электрод, например полупроводниковую пластинку с изолированным омическим контактом, тыльной стороной, на исследуемой границе, приве- денной в контак с электролитом, образуется двойной слой Гельмгольца. Если на энергетическом распределении плотности поверхностных состояний полупроводника п-типа имеется максимум, то при увеличении потенциала электрода в сторону значений более положительных, чем начальное, ионизируются новые глубокие уровни, котод

Q 5 Q .

5

0

рые до этого были заняты электронами, изменяется их заряд, для нейтрализации которого к поверхности из раствора притягиваются новые группы ионов, замыкая цепь протекания тока, и тем самым формируется максимум нестационарного разрядного тока на вольт-амперных кривых. Таким образом, устанавливается новое распределение поверхностного заряда. Те же рассуждения справедливы и для полупроводника Р-типа, диэлектрика и металла. Так как заряд поверхностных состояний изменяется с ростом электродного потенцилаа не мгновенно, а с некоторой задержкой времени Г, равной времени релаксации повехн.остного заряда, то должен наблюдаться сдвиг максимума нестационарного тока в зависимости от V. Предположим, что поверхностные состояния с максимальной плотностью и временем релаксации Т ионизируются под потенциалом tp. При развертывании электродного потенциала со скоростью V, ионизация этих состояний и соответственно максимум тока на вбльт-амперной кривой, наблюдаются под потенциалом ср, и сдвиг относительно tf равен

IV.-4 cl v« То же можно написать и для скорости Vj

Ч г-Ч г1 -C-V .(2)

Потенгщалы q, и t|.j получают из вольт-амперных кривых, V и V - заданные скорости развертки потенциала. Из (1) и (2) можно рассчитать

,|

V. - V,

(3)

Учитывая, что Cf, t,V, и Cf , где t, и t - время (отсчитанное с начала развертки) достижения электродного потенциала Cf, и q соответственно при Vj и V, выражение (3) можно привести к виду

Т - - t,V,|

L/ - .. I - .1 .

V - V,

Ha фиг. 1 представлена блок-схема устройства дпя осуществления способа на фиг. 2 - осциллограммы вольт-амперных характеристик для электрода из поликристаллического TiO (легированного Fe) в однонормальном электролите NaOH, полученные при двух

31

различных V (осциллограмма I получена при V 40 мВ/с осци.ш1ограмма II при V 80 мВ/с).

Блок-схема устройства содержит исследуемый электрод 1, электрод 2 сравнения, вспомогательный платиновый электрод 3, электрохимическую измерительную ячейку 4 с электролитом, потенциостат 5, позволяющий поддерживать потенциал постоянным, или изменять его по заданной скорости в зависимости от времени по линейному закону, запоминающий осциллограф 6 и миллиамперметр 7.

За начальное значение исходного потенциала развертки принят равновесный электродный потенциал.

Способ осуществляют следующим образом,

Исследуемый электрод 1 помещают в электрохимическую измерительную ячейку 4 с электролитом, который выбирается с учетом его ингибирующих свойств относительно коррозии дан- ного материала. В режиме разомкнутой цепи на потенциостате 5 устанавливают начальное значение исходного потенциала, от которого начинается развертка потенциала. Начальное зна- чение исходного потенциала выбирают из области потенциалов, где ожидается наблюдение максимума нестационарного тока, после чегопотенциостат приводят в режим замкнутой цепи и на миллиамперметре 7 фиксируют установившееся значение стационарного тока ячейки, которое должно быть одинаково для различных V.

Скорость развертки потенциала V выбирают с учетом возможности регистрации максимума нестационарного тока, поскольку с увеличением V максимум получается отчетливее. Зависимость тока от времени развертки t (от потенциала if tV) при двух различных V регистрируют на экране запоминающего осциллографа, который работает в режиме запоминания и ждущей развертки, т.е. движение электронно

Q 5

0

5 о

5

0

5

15

го луча начинается одновременно с началом изменения потенциала, что обеспечивается связью между осциллографом и потенциостатом. Затем на осциллограммах, полученных при двух различных V, фиксируют время появления максимума нестационарного тока, по которому рассчитывают

-г ItgVi - t,Vj V г - V.

где t , и t - время (отсчитанное от начала развертки с осциллографа) появления максимумов нестационарного тока при двух скоростях развертки потенциала V, и V соответственно.

Формула изобретения

- Способ определения времени релаксации заряда на поверхности твердотельного электрода, заключающийся в том что электрод помещают в измерительную ячейку, отличающий- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и умень™ шения времени измерения, в качестве измерительной ячейки используют электрохимическую, на электрод воздействуют линейно нарастающим потенциалом в двух последовательных циклах измерения при разных скоростях нарастания, нарастание потенциалов в обоих циклах производят от фиксированного начального значения, регистрируют моменты появления максимумов нестационарного разрядного тока в каждом цикле измерения, определяют время релаксации заряда по формуле

Т ItzVi - t,V,l . V,-V.

где t, н t - моменты появления максимумов нестационарного разрядного тока; V, и Vj - значения скоростей нарастания потенциалов в обоих циклах.

М

J

Изобретение .относится к электроизмерительной технике и предназначено для исследования поверхностных состояний полупроводников, диэлектриков и металлов, применяемых в полупроводниковой технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения времени релаксации заряда на поверхностных центрах накопления. Для этого электрод помещают в электрохимическую измерительную ячейку и подают внешнюю развертку потенциала. Вольт-амперные характеристики получают при двух разнящихся скоростях развертки, обеспечивающих регистрацию максимума нестационарного разрядного тока. Значение сдвига между максимумами делят на разности этих же скоростей. При этом в каждом случае развертку начинают от постоянного начапьного значения исходного потенциала электрода. 2 ил. i сл

ifZ. /

27

/ Л