Способ определения профиля подвижности носителей заряда в полупроводниковых слоях Советский патент 1992 года по МПК H01L21/66 

сл

с

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано как неразрушающий способ определения профилей подвижности носителей тока в полупродниковых слоях на полуизолирующих или диэлектрических подложках. Способ осуществляется с помощью ртутною зонда-с коаксиальной геометрией контактов. Измеряют емкость барьера Шоттки и зависимости от обратного напряжения и составляющую активную проводимость системы центральный барьер Шоттки - полупроводник - внешний барьер Шоттки.

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может использовано в качестве неразрушающего метода контроля качества эпитаксиальных и ионно- легированных слоев на подножках, проводимость которых значительно меньше проводимости слоя

Известен способ определения профиля подвижности носителей заряда, основанный на измерении эффекта Холла и проводимости при последовательном удалении слоев полупрсводника

Недостатками этого способа являются необходимое™ изготовления специальных- тестовых обра-.цов с омическими контактами и разрушение контролир/емого объекта в процессе измерения

Известен способ определения профиля подвижности носителей заряда основанный на измерении зависимости емкости МДП структуры или структуры с барьером Шоттки, созданной предварительно на поверхности исследуемого полупроводника, и его поверхностной проводимости, измеренной методом Ван дер Пау, от напряжения смещения на структуре. Процедура последовательного удаления слоев в данном случае заменена процедурой последовательного обеднения приповерхностного слоя полупроводника при приложении напряжения смещения

Недостатком способа явпяется необходимость изготовления специальных тексте вых структур типа металл-полупроводник или металл-диэлектрик-полупроводник с омическими контактами, что существенно увеличивает время получения информации

VJ VI

СЛ

л

Сл

о профиле подвижности носителей заряда в полупроводнике.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ определения профилей концентрации и подвижности в структурах GaAj, заключающийся в формировании на поверхности полупроводника омического контакта и барьеров Шоттки при помощи ртутных зондов, приложении к одному из них обратного напряжения, изменение его до напряжения пробоя, снятия ВФХ и определения по ним профиля концентрации и подвижности с дополнительным использованием эффекта Холла и послойного стравливания.

Недостатком способа является его трудоемкость,

Цель изобретения -.увеличение экспрессное™ измерений профиля подвижно сти носителей заряда в полупроводников.ых слоях на высокоомных подложках.

Поставленная цель достигается тем. что на поверхности полупроводникового слоя формируются при помощи ртутных зондов барьеры Шоттки коаксиальной геометрии, далее проводятся измерения, зависимости емкости и активной составляющей проводимости такой системы от напряжения смеще- ния. При измерениях постоянное напряжение на ртутные электроды подается таким образом, чтобы центральный барь- . ер был смещен в обратном направлении. В результате этого под ним увеличивается толщина обедненного слоя, а следовательно уменьшается ёмкость барьера Шоттки и слоевая проводимость области полупроводника под барьером. Импеданс цепи, образованной кольцевым барьером, смещенным в прямом направлении и областью полупроводника, находящейся между барьерами, практически не зависит от величины подаваемого напряжения. Таким образом, вид зависимостей емкости и активной составляющей проводимости от напряжения смещения будет определяться профилями распределения концентрации и подвижности носителей заряда в слое, находящимся под центральным электродом.

Изобретение иллюстрируется следующим примером. Исследуемая эпитаксиапь- ная структура n-типа GaAj на пол.уизо- лирующей подложке помещается лицевой стороной на контактную площадку ртутного манипулятора с двумя ртутными электродами, один из которых представляет собой капилляр диаметром 0.7 мм, другой имеет форму кольца, коаксиально расположенного по отношению к первому электроду. Внутренний диаметр кольца составляет 0.96 мм, внешний 6 мм. Ртуть под давлением поступает к полупроводниковой пластине по подводящим канала, 1. Электрические выводы от электродов манипулятора подключаются к присоединительному устройству LCR - измерителя Е7 - 12, имеющего встроенный источник питания, таким образом, чтобы центральный контакт запирался при подаче напряжения. Снимают по- казания емкости и проводимости на

световом табло Е7 - 12 при нулевом смещении, затем с помощью пульта смещения подают напряжение на электроды и, увеличивая его до напряжения пробоя, снимают зависимость этих параметров от прикладываемого к электродам напряжения. Шаг по напряжению может быть произвольным, но более высокая точность определения профиля достигается при изменении емкости измеряемой структуры в среднем на 10% на

каждом шаге напряжения смещения. Далее путем математической обработки экспериментальных зависимостей емкости и активной составляющей проводимости от напряжения смещения с помощью ЭВМ

получаем набор значений емкости барьера С и слоевой проводимости структуры о от напряжения смещения, U, используя который, с помощью выражений (1 - 3) наряду с профилем концентрации п /х/ можно определить профиль подвижности /х/. (1) где Ј1 , БО - относительная диэлектрическая проницаемость материала и абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума соответственно,

А - площадь центрального электрода;

пЫ - ЈЈ° о т. С х ) nw - d x

е х

(2)

40

где е - заряд электрона;

д(х di(x ) х en(x) dx

(3)

На рисунке изображен профиль подвижности электронов в эпитзксиальном слое GaAj концентрацией носителей тока 2-1017 на полуизолирующей подложке (структура САГ- 2Б), полученный предлагаемым способом.

Формула изобретения Способ определения профиля подвижности носителей заряда в полупроводнико- вых слоях, включающий формирование на поверхности полупроводникового слоя барьеров Шоттки при помощи ртутных зондов, приложение к одному из них обратного напряжения, изменение его до напряжения

пробоя, измерение зависимости емкости иподложках, барьеры Шогткм формируют ко электрической проводимости полупровод-аксиальной геометрии, прикладывают обрач- никового слоя от обратного напряжения иное напряжение к центральному , а прямое определение, исходя из этих измерений.к внешнему барьеру а зависимость от обрат- профиля подвижности носителей заряда,5 ного напряжения измеряют для активной со отличающийся тем, что. с цельюставляющей -комплексной проводимости увеличения экспрессности измерений длясистемы центральный барьер Шоттки-nonv полупроводниковых слоев на высокоомныхпроводник - внешний барьер Шоттки.