Способ определения электрически активных примесей в полупроводниковых структурах с р - п-переходом Советский патент 1991 года по МПК G01N22/00 

о о со

4

Изобретение относится к технике выявления электрически активных примесей в полупроводниковых материалах. Цель изобретения - повышение точности измерения и определение разных типов примесей. Для образования слоя пространственного заряда в P - N-переходе полупроводниковых структур к образцу прикладывается обратное смещение. Образец 4 возбуждается до заполнения электрически активных примесей. Затем возбуждение прекращается и осуществляется измерение процесса перехода носителей заряда в термически равновесное состояние при наличии обратного смещения и температуры образца. При этом измерение переходного процесса осуществляют путем измерения поглощения СВЧ-поля, воздействующего на образец, что повышает точность измерения электрически активных примесей в полупроводниках. Операции возбуждения и измерения переходного процесса могут периодически повторяться. Для определения разных типов примесей осуществляют изменение частоты повторения. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к способу выявления электрически активных примесей (глубоких уровней) в полупроводниковых материалах.

Цель изобретения - повышение точности измерения и определения разных типов примесейо

На фиг. 1 показана структурная схема устройства, реализующего способ определения электрически активных примесей в полупроводниковых структурах с p-n-переходом; на фиг. 2 - второй

вариант устройства для реализации способа; на фиг. 3 - то же, третий вариант; на фиг.4 - кривая Аррениуса построенная на основе результатов измерения, полученных с помощью устройства по второму варианту; на фиг.5- графическое представление результатов изотермальных . измерений с частотным сканированием, выполненных при четырех различных температурах с помощью устройства по третьему варианту; на фиг. 6 - кривые графика Арре-

Сл4

ннуса, соответствующие показанные на фиг0 5 результатам измерений„

Устройство, реализующее способ определения электрически активных примесей в полупроводниковых структурах с p-n-переходом,содержит стабилизированный по частоте и амплитуде СВЧ- генератор 1, циркулятор 2, СВЧ-резо- натор 3, в котором располагается образец 4, лучше всего в точке максимального напряжения электрического поля Образец 4 изготавливается из исследуемого материала Образец 4 снабжен двумя электрическими соединения- ми, одно из которых заземляется, а другое соединяется с линией 5 передачи импульса, которая включает в себя контур согласования полного сопротив-

ления. Линия 5 передачи и монтаж внутри резонатора 3 должны располагаться так, чтобы не была ухудшена

Излучение носителей из глубоких уровней, которые и являются объектом изучения, периодически запускается в результате первого заполнения этих уровней за счет использования короткого электрического импульса, который уменьшает ширину слоя пространственного заряда в результате уменьшения напряжения обратного смещения в образце 4, с помощью этого импульса заполнения свободные носители как бы развертываются в слое пространственного заряда и какая то их часть захватывается состояниями глубокого уровня. После окончания импульса заполнения эти захваченные носители заряда вновь испускаются со скоростью излучения,

25

добротность резонатора 3„ В объемном резонаторе 3 это достигается за счет расположения проводов или коаксиальных кабелей вдоль узловой линии, в которой электрическое СВЧ-поле равно нулю.

Линия 5 передачи соединена с генератором 6 импульсов. За счет регули- 30 ровки частоты и настройки резонатора 3 сводим к минимуму отражаемую резонатором 3 энергию, Коэффициент отражения измеряется с помощью СВЧ-детектора 70 Для любого критически настроен- 35 которая характерна для используемого ного резонатора любое изменение в пог- в данном случае захвата или ловушки, лощении вызывает образование конечного коэффициента отражения, который пропорционален (по величине) изменению

в поглощениИс После СВЧ-детектора 7 до гии, т.е. поглощение, сигнал усиливается избирательным уси- Чтобы определить скорость эмиссии, лителем 8 и поступаете блок 9 обработки результатов измерения с. Блок 9 управляет работой генератора 6, который по линии 5 передачи подает на образец j ле окончания импульса заполнения, используется усилитель 8, который предназначен для избирательного усиления обнаруженного сигнала по отношению к неизбежным в данном случае фоновым генератор 10, изолятор 11, управляе- 0 помехам, и за счет чего можно повысить мый переключатель 12, первый и второй чувствительность. СВЧ-мосты 13 и 14, первый и второй аттенюаторы 15 и 16, циркулятор 17, резонатор 18, блок 19 регулирования

55

Как захват, так и излучение, изменяют количество свободных носителей в образце, а следовательно, и потери энер-

которая является обратной величиной постоянной времени для восстановления СВЧ-отралательной способности пос4 импульсы смещения по постоянному току с,

Устройство (фиг 2) содержит СВЧфазы, детектор 20, первый усилитель 21, блок 22 автоматической настройки частоты, второй усилитель 23, линию передачи 24, первый генератор 25 импульсов, второй генератор 26 импуль-

Поскольку выводной контакт образца 4 заземлен, то появляется возможность реализовать как правильное согласование полного сопротивления, так и короткие линии передачи, а подобная схема дает возможность использовать более короткие импульсы возбуждения, например длительностью в 100 пкс.

15

10

6694074

сов, блок 27 обработки сигнала, ЭВМ 28 и образец 29.

Устройство (фиг. 3) содержит ге- 5 нератор 30, резонатор 31, СВЧ-детек- тор 32, генератор 33 импульсов, пред- усилитель 34, контур 35 удерживания, синхронный детектор 36, ЭВМ 37, блок 38 регулирования температуры. Вместо резонатора можно использовать СВЧ-реф- лектометро В этом случае образец устанавливается в торцовой части волновода, а позади образца на регулируемом интервале располагается отражатель соответствующего размера.

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

Излучение носителей из глубоких уровней, которые и являются объектом изучения, периодически запускается в результате первого заполнения этих уровней за счет использования короткого электрического импульса, который уменьшает ширину слоя пространственного заряда в результате уменьшения напряжения обратного смещения в образце 4, с помощью этого импульса заполнения свободные носители как бы развертываются в слое пространственного заряда и какая то их часть захватывается состояниями глубокого уровня. После окончания импульса заполнения эти захваченные носители заряда вновь испускаются со скоростью излучения,

20

25

30которая характерна для используемого в данном случае захвата или ловушки,

гии, т.е. поглощение, Чтобы определить скорость эмиссии, ле окончания импульса заполнения, используется усилитель 8, который предназначен для избирательного усиления обнаруженного сигнала по отношению к неизбежным в данном случае фоновым помехам, и за счет чего можно повысить чувствительность.

Как захват, так и излучение, изменяют количество свободных носителей в образце, а следовательно, и потери энер-

гии, т.е. поглощение, Чтобы определить скорость эмиссии, ле окончания импульса заполнения, используется усилитель 8, который предназначен для избирательного усиления обнаруженного сигнала по отношению к неизбежным в данном случае фоновым помехам, и за счет чего можно повысить чувствительность.

которая является обратной величиной постоянной времени для восстановления СВЧ-отралательной способности посгии, т.е. поглощение, Чтобы определить скорость эмиссии, ле окончания импульса заполнения, используется усилитель 8, который предназначен для избирательного усиления обнаруженного сигнала по отношению к неизбежным в данном случае фоновым помехам, и за счет чего можно повысить чувствительность.

Поскольку выводной контакт образца 4 заземлен, то появляется возможность реализовать как правильное согласование полного сопротивления, так и короткие линии передачи, а подобная схема дает возможность использовать более короткие импульсы возбуждения, например длительностью в 100 пкс.

Ј

«

/

Ф/г. 1

т

t

Фиг.2

Фиг.З

з-.

Ј

Ј

«м

i-

i

ч- i

0

I

г I

-

-б

-8

JI,......

ю

ю

,-

J.7

11 i

100

Фиг. 5

1000