Способ определения концентрации локальных центров в полупроводниках Советский патент 1988 года по МПК H01L21/66 

00

О) 00

Изобретение относится к технической физике., а к полупроводниковой электронике, и может быть использовано в электронной и полупроводниковой промьштенности с целью бесконтактнох о измерения концентрации локальных центров в полупроводниках,

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона определения концентрации локалышх центров

На фиг, 1 показана схема устройства для реализации способа; на фиг,2 распределение магнитного кругового дихроизма QiD и концентрации локальны

центров W в полупрОБоднике InSb по длине образца 1.

Устройство состоит из источника 1 электромагнитного излучения,зеркал.-. 20 2 и Зд поляризатора 4, обтюратора 5,. четвертьволновой фазовой пластинки б,, объектива 7, электромаг шта 8 образца 9, объектива 10, фотоприемника 11, избирательных усшттелей 12, 13 (f(-18 Гц и Гц) 5 синхронных детекторов 14, 15, делителя 16, аналого-цифрового преобразователя 17, согласующего устройства IS,, микроЭВМ

Излучение после источника I электромагнитного излучения преобразуют в линейно поляризованное, пропуская через поляризатор 4, модулируют по аь шлитуде с частотой t 2QQ Гц, пропуская через обтюратор 5, преобразуют в одну из форм круговой поляризации (правую или левую) пропуская через четвертьволновую фазовую пластин ку 6, фокусируют на образце 9,.с цель локализации измерений в помещенном в переменное магнитное поле электромаг нита 8 (г, 18 Гц), и направляют на фотоприемник 11.

Снимаемый с фотоприемника 11 сиг-

25

19, дисплея 20, блока 21 питания л усиливается избирательными усилителями 12, 13 и детектируется синхронными детекторами 14, 15 на часто тах f, 18 Гц и f,,200 Гц. Далее сигналы подаются на делитель 16, в кото ром происходит их деление. Отношение этих сигналов L. D определяет искомую величину, которая обсчитывается ЭВМ 19 и выдается на дисплей 20,

тромагнита,

Пример, Проводят измерение концентрации локальных центров в 1п8Ъ ( К, где 1 . концентрация свободных носителей) .

Рабочую область спектра электро- магш-iTHoro излучения источника выбирают в зависи Юсти от Tiina полупровод5

0

0

лучение с энергией кванта h, близкой к энергии вышeyпo f.янyтoгo перехода Необходимым условием при этом g должно быть .Е, где ЬЕ - ширина запрещенной зоны.

Поскольку для 1п5Ъ энергия перехода электрона с глубокого уровня в зону проводимости равна примерно 0,11 эБ, то в качестве истгочнкка электромагнитного излучения используют лазер на СО, так как энергия кванта излучения h )0,116 эВ и удовлетворяет условию (,)h.

Излучение после источника I электромагнитного излучения преобразуют в линейно поляризованное, пропуская через поляризатор 4, модулируют по аь шлитуде с частотой t 2QQ Гц, пропуская через обтюратор 5, преобразуют в одну из форм круговой поляризации (правую или левую) пропуская через четвертьволновую фазовую пластинку 6, фокусируют на образце 9,.с целью локализации измерений в помещенном в переменное магнитное поле электромагнита 8 (г, 18 Гц), и направляют на фотоприемник 11.

Снимаемый с фотоприемника 11 сиг-

5

О л усиливается избирательными уси5

лителями 12, 13 и детектируется синхронными детекторами 14, 15 на частотах f, 18 Гц и f,,200 Гц. Далее сигналы подаются на делитель 16, в котором происходит их деление. Отношение этих сигналов L. D определяет искомую величину, которая обсчитывается ЭВМ 19 и выдается на дисплей 20,

Отношение сигналов LD есть магнит

Изобретение относится к способам бесконтактного определения концентрации локальных центров в полупроводниковых материалах путем пропускания электромагнитного излучения через образец. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона определяемых концентраций. Согласно способу, настраивают частоту источника электромагнитного излучения таким образом, чтобы энергия кванта излучения была близка энергии перехода электрона в измеряемом полупроводнике с глубокого уровня в зону проводимости или из валентной зоны на глубокий уровень. Излучение модулируют по интенсивности на частоте f, превращают в одну из форм циркулярной поляризации, пропускают через образец, помещенный в переменное магнитное поле частоты f , и направляют на фотоприемник. Получают отнощение сигналов на частотах f, и f2, которое пропорционально концентрации локальных центров образца. 2 ил. S О)

кика и характера дефектов кристалли- Q яый круговой дихроизм и определяется

ческой решетки. Энергия кванта элек тромагнитного излучения должна быть близка (отступление не более 2-3 полу- ширин соответствующих полос поглощения) энергии перехода электрона с глубокого уровня локального центра в зону проводимости или из валентной зоны на этот глубокий уровень. 3 случае полупроводника ТпВЪ глубокий уровень, обусловленный дефектами кристаллической решетки, имеет энергию .-0,I эБ, где Е(, -- положение дна зоны проводимости.

соотношением

4-W.d ATToi-cl .j IpJ-Iоб

/ VlToL. ,T. .v . (i.,e ) sn.n27f,t

8 bcisin2 «f,t ..-,-.....

doe +I,e

50

)sin27fj t

где йо. приращение коэффициента поглощения для циркулярке поляризованного излучения, обусловленное магнитным полем;

При работе с такими монохроматическими источниками излучения как лазеры COj и He-Ne излучающиуж в областях дойн волн Х 10,6; 3,395 1,15 и 0,,63 мкм, всегда можно подобрать из

соотношением

4-W.d ATToi-cl .j IpJ-Iоб

/ VlToL. ,T. .v . (i.,e ) sn.n27f,t

8 bcisin2 «f,t ..-,-.....

doe +I,e

)sin27fj t

где йо. приращение коэффициента поглощения для циркулярке поляризованного излучения, обусловленное магнитным полем;

оС, oL - коэффициент поглощения электромагнитного излучения при совпадении направлений распространения излучения с направлением магнитного поля

и при противоположной направленности распространени излучения и магнитного поля соответственно; d - толщина образца; 1 - поток излучения, прошедший через образец при напряженности магнитного поля . Величина uD связана с концентрацией локальных центров N,, в полупроводнике следующим соотношении:

N о М

- п пл где ,310 калибровочньй

СМ кJ

коэффициент дпя 1п5Ъ.

Калибровочный коэффициент М определяют из соотношения

М. A(a-,j) + 4(V)- W

.-.,--::h-,-,fв(a-Я i5rJr|Lн

Ц,.со)

кт

де

а

РW 35

40

концентрация локальных центров;

частота перехода -электрона ЗО с глубокого уровня а в зону проводимости j (или из валентной зоны на локальный уровень);

полуширина полосы излучения соответствующая переходу с глубокого уровня в зону проводимости а- j; частота электромагнитного излучения;

Н - напряженность магнитного

поля; () - член, обусловленньй зеемановским расщеплением; () - член, определяемый изменением вероятностей переходов с, магнитных подуровней одного уровня вследствие смещения состояний;

() - член, определяемый различием населенностей магнитных подуровней исходного состояния (при комнатных температурах, членом можно пренебречь) ;

К -- постоянная Больцмана;

Т - температура образца;

ti - постоянная Планка.

45

50

55

Для конкретных экспериментальных условий в случае образца TnSb:

Uj«-l,67-lo| Гц; кЭ; ш l,7fi-10 Гц; h Г. 0,02 эВ; - 2т

lO- V-c;

К.

10

20

,25

15

35

40

ЗО

45

50

55

диапазон JJ. -3

см :

На фиг. 2 представлено распределение концентрации локальных центров в полупроводнике InSb (W 3 10 см при К, выращен по методу Чохральско- го, срез (211)) . Разрешение по образцу 50-50 мкм , погрешность измерения . 3%.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения концентраций локальных центров по сравнению с прототипом в 10 раз, расширить измеряемых концентраций до 10

Повьш1ение точности, расширение диапазона измеряемых концентраций локальных центров и увеличение локальности измерений дает возможность контролировать однородность распределения локальных центров по образцу с линейным разрешением 0,05 мм, существенно улучшить качество выпускаемых полупроводниковых материалов.

Формула изобретения

Способ определения концентрации локальных центров в полупроводниках, вкяючаюшкй облучение полупроводникового образца электромагнитным излучением и регистрацию интенсивности излучения, прошедшего через образец, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности и расширения диапазона определения концентрации локальных центров, образец помещают в переменное магнитное поле частоты f,, облучение ведут циркулярно- поляризованным и модулированным по .интенсивности на частоте f излучением с энергией кванта, равной энергии перехода основного носителя заряда с глубокого уровня локального центра в соответс.твуюшую зону полупроводника причем направление магнитного поля параллельно направлению распространения излучения в образце, регистрируют отношение интенсивностей прошедшего через образец излучения на частотах f, и f и по их отношению определяют искомую величину.

Ы)

.-3)

мм-к 10 )

0,60

0,50

О

2 фа8.2

No (от. ед)

1,0

0,5

С(мм)