Способ определения параметров полупроводников методом эффекта Холла Советский патент 1992 года по МПК H01L21/66 

Холла, при нахождении сечения фотоионизации. Наиболее близким к предлагаемому является способ определения параметров полупроводников, основанный на измерениях эффекта Холла в условиях подсветки. Этот способ используется для определения подвижности носителей заряда в высокоомных материалах, в частности в широкозонных полупроводниках или полупроводниках при низких температурах. Согласно известному способу снабжают образец двумя токовыми контактами и тремя потенциальными зондами, расположенными на противоположных торцовых и боковых гранях образца, перпендикулярных его поверхности, соответственно; задают электрический ток I; помещают образец в магнитное поле В, ориентированное перпендикулярно его поверхности; освещают образец излучением из области примесного поглощения; измеряют ЭДСХолла VH между потенциальными зондами, расположенными на противоположных боковых гранях; измеряют разность потенциалов Vr между двумя потенциальными зондами, расположенными на одной боковой грани; определяют подвижность носителей заряда / по формуле , 1 VH с где с - расстояние между.потенциальными зондами для измерений Уст b - ширина образца.. Недостатком способа является невозможность определения с его помощью сечения фотоионизации. Цель изобретения - обеспечение возможности определения сечения фотоионизации примесных центров. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения параметров полупроводников методом эффекта Холла, включающему пропускание электрического тока в образце, снабженном двумя токовыми контактами и тремя потенциальными зондами, расположенными на противоположных торцовых и боковых гранях образца, перпендикулярных его поверхности, соответственно, расположение образца в магнитном поле В, ориентированном перпендикулярно его поверхности, освещение поверхности образца излучением из области примесной подсветки и измерение силы тока 1 между токовыми контактами, падения напряжения Vfj между потенциальными зондами, расположенными на одной боковой грани, и ЭДС Холла VH между потенциальными зондами, расположенными на противоположных боковых гранях, образец снабжают дополнительным потенциальным зондом, расположенным на поверхности, противоположной освещаемой, охлаждают образец до температуры, при которой равновесная концентрация носителя заряда п«, много меньше концентрации компенсирующих примесей NK, устанавливают интенсивность излучения так, чтобы фоновая 1В концентрация Прь удовлетворяла условию По« При МК(Р-элементарный заряд; d - толщина образца), определяют подвиж1 VH с ность носителей заряда г г-, .где выбирают магнитную индукцию из условия В 1, измеряют ЭДС Холла VH, ориентируют магнитное поле В параллельно освещаемой поверхности образца и перпендикулярно электрическому току, измеряют разность потенциалов между дополнительным зондом и одним из токовых контактов, убирают магнитное поле, регистрируют изменение данной разности потенциалов А V и определяют искомые параметры, глубину оптической генерации носителей заряда ) и сечение фотоионизации (Tph из выражений; b AV , t , г... ,dx о iiV 1, I .11-1, ) Ч ; (Not), где NO - концентрация основной легирующей примеси в полупроводнике. На фиг. 1 показаны образец для измерения глубины оптической генерации носителей заряда и сечения фотоионизации примесных центров; на фиг. 2 - блок-схема устройства для реализации способа. Устройство содержит образец 1, токовые контакты 2 и 3, потенциальные зонды 4, 5 и 6, дополнительный зонд 7, размещенный на нижней поверхности образца, источник 8 напряжения, измеритель 9 силы тока, измеритель 10 ЭДС Холла VH, измеритель 11 падения напряжения между потенциальными зондами Vcf, измеритель 12 разности потенциалов между дополнительным зондом и токовым контактом (стрелками указаны направления ориентации магнитных полей В и В волнистые стрелки указывают направление падающего на образец излучения). Способ реализуется следующим образом. Снабжают образец 1 двумя токовыми контактами 2 и 3 и тремя потенциальными зондами 4, 5 и 6, расположенными на противоположнь1х токовых и боковых гранях образца, перпендикулярных его поверхности. соответственно. Снабжают образец 1 дополнительным потенциальным зондом 7, расположенным на поверхности, противоположной освещаемой. Пропускают электрический ток 1 через образец посредством источника 8 напряжения. Величина I определяется электрическим полем в образце, при котором несущественен разогрев носителей заряда (например, для германия и кремния это поле не боле 1 В/см). Помещают образец в магнитное поле В, ориентированное перпендикулярно его поверхности. Охлаждают образец до температуры Ти из области вымораживания примеси, при которой равновесная концентрация носителей заряда по заведомо много меньше концентрации компенсирующей примеси NK. Температуру Ти можно оценить, исходя из ориентировочно известных значений концентрации основной (No) и компенсирующей (NK) примесей: TH«E.(3) где ЕО - энергия ионизации основной примеси; . g - кратность ее вырождения; NC,V эффективная плотность состояний в зоне основных носителейзаряда; k - постоянная Больцмана. Освещают поверхность образца излучением из области примесного поглощения. Измеряют ЭДС Холла VH измерителем 10, падение напряжения между потенциальными зондами VCT измерителем 11 и силу тока I измерителем 9 и вь1числяют подвижность носителей заряда р, по формуле (2) и их фоновую концентрацию Прь с помощью выражения Устанавливают интенсивность излучения, исходя из условия По « Прь « Nk. При этом условии концентрация носителей заряда.n(Z) распределена по толщине образца в соответствии с интенсивностью поглощающегося излучения 1(Z): n(Z)l(Z)NoO-phr,(5) где г 1/(МкуЗ)-время жизни фотоносителей;;б-коэффициент их захвата. Устанавливают магнитную индукцию В из условия/г В « 1. При этом изменения плотности тока и тянущего электрического поля, обусловленные возникновением холловского поля, оказываются несущественными (/ В). При выбранном магнитном поле измеряют ЭДС Холла VH между потенциальными зондами, расположенными на противоположныхбоковых гранях образца. Изменяют ориентацию магнитного поля так, чтобы оно стало параллельным освещаемой поверхности образца. Измеряют разность потенциалов между дополнительным зондом, расположенным на поверхности, противоположной освещаемой, и одним из токовых контактов измерителем 12, Убирают магнитное поле. Регистрируют изменение разности потенциалов AV. Определяемая таким образом в условиях слабого магнитного поля (// В« 1) величина AV равна холловскому потенциалу неосвещаемой поверхности образца. Рассчитывают сечение фотоионизации по формуле o-ph 1/(No-f),(6) где - глубина оптической генерации, определяемая из соотношения (7). () Пример. Исследуют образец кремния с концентрацией галлия No 1,14-10 см и толщиной d 0,1 см. Токовые контакты к образцу изготавливают посредством втирания ёлюминия при температуре эвтектики (Т «500°С), а потенциальные - с использо-. ванием искрового подлегирования приконтактных областей: между образцом кремния и алюминиевой фольгой создают искровой разряд, при котором в кремний вплавляют алюминиевые капли. Образец охлаждают до температуры Ти 25 К, при которой равновесная концентрация носителей заряда , . В качестве регулируемого источника ИЕ-излучения используют С02-лазер ( мкм). Интенсивность излучения выбирают такой, чтобы концентрация фотоносителей прь составляла 6,86 10 см и была заведомо меньше концентрации компенсирующих примесей ,10 см . Измерения выполняют в магнитном поле В 0,02 Тл. С помощью ЭДС Холла, измеренной между потенциальными зондами, расположенными на боковых гранях образца, определяют холловскую подвижность носителей заряда ,« 29,300 с. Установлено, что в данных условиях требование/ В« 1 выполняется, т.е. В В. Из измерений разности потенциалов между дополнительным зондом и одним из токовых контактов в процессе изменения ориентации магнитного поля определяют величину -у- 0,635. С использованием формул (6) и (7) находят f;0,059 см и f/ph 1,49-10 см2.

Формула изобретения . Способ определения параметров полупроводников методом эффекта Холла, включающий охлаждение образца, пропускание электрического тока через образец в виде прямоугольной пластины, снабженный двумя токовыми контактами и тремя потенциальными зондами, расположенными на противоположных торцовых и боковых гранях образца соответственно, воздействие на образец магнитным полем, перпендикулярным поверхности, облучение поверхности образца светом с энергией квантов из области примесного поглощения, измерение ЭДС Холла и расчет параметров, о тличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности определения дополнительно сечения фотоионизации, на поверхности образца, противоположной освещаемой, устанавливают потенциальный зонд, охлаждают образец до температуры, при которой концентрация носителей заряда По много меньще концентрации компенсирующей примеси Nk, устанавливают интенсивность излучения из условия

По « Прн Nk,

где Прь - фоновая концентрация носителей заряда,

величину магнитного поля В устанавливают из условия/г В« 1,

где /г- подвижность носителей заряда, повторно измеряют ЭДС Холла V, ориентируют магнитное поле перпендикулярно облучаемой поверхности образца и перпендикулярно протекающему через образец току, регистрируют изменение разности потенциалов AV между дополнительным зондом и одним .из токовых при выключении магнитного поля и рассчитывают сечение фотоионизации сгрь по формуле

l -dOpU +t« P(PhNo)-ir

где Ь, d - щирина и толщина образца соответственно;

NO - концентрация основной легирующей примеси в полупроводнике.

ill.

Фиа,2

Изобретение относится к полупроводниковой технике и фотоэлектронике и может быть использовано, для контроля параметров полупроводников. Цель - обеспечение возможности определения сечения фотоионизации примесных центров. Образец снабжают двумя токовыми контактами и четырьмя потенциальными зондами. Воздействуют на охл.ажденный образец магнитным полем с одновременным облучением поверхности. Измеряют ЭДС Холла. Переориентируют магнитное поле и регистрируют изменени;э разности потенциалов между токовым контактом и потенциальным зондом при выключении магнитного поля. Рассчитывают параметры полупроводника по формулам. 2 ил.СОсИзобретение относится к полупроводниковой технике и фотоэлектронике и может быть использовано для определения сечения фотоионизации примесных центров в полупроводниках.Известен способ определения сечения фотоионизации примесных центров в полупроводниковых, основанный на измерении коэффициента пропускания излучения из области примесного поглощения, согласно -которому освещают поверхность полупроводниковой пластины излучением из области примесного поглощения, измеряют интенсивности падающего