Способ определения параметров примесейцЕНТРОВ B пОлупРОВОдНиКОВыХ МАТЕРиАлАХ Советский патент 1981 года по МПК H01L21/66 

1

Изобретение относится к контролю качества полупроводниковых кристаллов, может быть использовано в производстве полупроводниковых мЕтериалоэ и приборов, а также при изучении параметров примесных центров в полупроводниках.

Известен фотомагнитный способ определения электрофизических свойств полупроводника, который позволяет найти энергетическое положение примесного центра (EQ,) и отношение коэффициентов рекомбинации электронов

и дырок ( Уп 5

Однако он не применим для низкоомных полупроводников.

Известен способ измерения емкости р-п перехода, позволяющий определить энергетическое положение EQ( и концентрацию примесных центров (М) {2. Он может быть использован для полупроводниковых материалов--независимо от величины и типа их проводимости-.

Однако с его помощью невозможно определить одновременно несколько исследуемых параметров.

Известен способ определения параметров примесных центров в полупроводниковых материалах, который позволяет одновременно определить энергетическое положение (Е.,) , концентрацию (М) примесных центров и коэффициент рекомбинации на нем электронов 13. Данный способ состоит в измерении зависимости генерационного тока объемного заряда р-п перехода от времени.

Этот способ не дает возможности

0 определить оба рекомбинационных параметра Х я и g р для центров, термическая ионизация которых приводит к появлению основных носителей заряда (монополярная .ическая генерация) ,

5

Известен способ определения электрофизических параметров примесных центров в .полупроводниковых материалах, . заключающийся в подаче на

20 р-п переход напряжения различных полярностей и измерений зависимости генерационного тока объемного заряда р-п перехода от времени 4.

С помощью этого способа невозмож25но определить сразу три параметра йримесных центров - их энергетическое положение, концентрацию примесных центров и коэффициенты рекомбинации электронов и дырок. Он позволяет произвести лишь сравнительный анализ полупроводниковых -материалов с уже известными свойствами. Цель изобретения - одновременное определение энергетического положения примесного уровня, концентрации прймесны: центров и коэффициентов рекомбинации электронов и дырок. Это достигается тем, что на р-п переход подают последовательность разнополярных прямоугольных импульсов, длительность обратного импульс выбирают достаточной для установления стационарного значения генераци онного тока, амплитуду прямого импульса изменяют в диапазоне kT ,, где К - постоянная Больцмана; -амплитуда прямого смещени -контактная разность потен циалов, а длительность его выбирают такой, чтобы генерационный ток был максимальным, и определяют параметры по расчетным формулам. На контролируемом материале создают асимметричный р-п переход и прикладывают к этому переходу обрат ное смещение; Обратное смещение долж но быть таким, чтобы концентрация свободных носителей в области объем ного заряда перехода была равна, нулю Оценки показывают, что обратное сме щение должно определяться из соотно .2 . Деипее снимают зависимость величины генерационного тока слоя объемного заряда от времени в режиму,.тока короткого замыкания. Когда рекомбинационный ток слоя объемногозаряда достигает стационарного значения, на .р-п переход подают импульс прямого смещения длительностью tf,p и амплиКТ, К - постоянная Больцмана; Т - температура, °К; Unp - амплитуда прямого смещения; Vj - контактная разность потенциалов . По истечении времени tf,p перехок первоначальной полярности жней амплитуды и измеряют зависить генерационного .тока слоя объемт о заряда от времени при различных чениях амплитуды импульса прямого щения. Время, в течение которого кладывают прямое смещение tnp/ ирают таким образом, чтобы удлиие прямого импульса не вызывало енения величины генерационного а слоя объемного заряда. Величины М, , , g р определяиз следующих соотношений: а) монополярная термическая генеияInrtOlLoBp 6(vi-dto) ir.Uo)aiVl-d(0) ir.rlObinpdU) iV.()3 .i,,iO)ri1np 3lV np- lp y.Uo L bcJlo) j,.,ior.npeiv P б) биполярная термическая генера2jr.) - Ео,к1еп r.jr. L 2ir.TlO)J

)

.И)

ir.TJOl , )r.Tl«i ajr.rlO) 2jr,TlOr2ir.TlO)

прЧ

Г 3r.Tto°n

L г. .TiO)J i

i Г.Т lo°

.тИ L 2i,.TlolJ где Эг.т(° плотность генерацион ого тока в момент после приложения обратного смещения; 4;i(o, плотность генерационного тока в момент после приложения обратного смещения при предварительном импульсе прямого смещения дли- . тельностью tpp; толщина слоя объемного заряда р-п перехода в равновесии; толщина слоя объемного заряда при- обратном сме щении; эффективная плотность состояний в С-зоне; постоянная времени заполнения примесных цент ров во время прямого смещения; эффективная плотность состояний в V-зоне; ширина запрещенной зоны постоянная времени изменения генерационного тока слоя объемного заряда;концентрация электронов в области объемного заряда во время прямого смещения; Р - концентрация дырок в области объемного заряд во время прямого смещения. Если приложенное к р-п переходу обратное смещение таково, что концентрация свободных носителей в области объемного заряда равна нулю, рекомбинация отсутствует, и величина генерационного тока определяется только процессом термической иониза ции. После этого через р-п переход в течение времени пропускают ток в прямом направлении; при этом концентрация электронов на примесны центрах изменяется по закону: а) монополярная- термическая геие .ацияjt i.Unp rnWVnbnpll-e P), .- у N е . йп с б) биполярная термическая гене рация . lltnpVl pPvM yn H Obp- nple . . J Р nWAc Пр пр-Уп сб - Концентрация электронов п и дырок Р в зонах определяется следь ющим образом; . ... . Пп р-. 20р гр Здесь j - плотность тока при прямом смещении; Dp и LpT коэффициент диффузии и длина диффузии дырок в (П полупроводнике. При длительностях прямого ймпульда пр Пр концентрация электронов на примесном центре достигает стационарного значения, равного в случае а) монополярной термической генерацииб) биполярной термической генерадииТаким образом/ если по истечении времени i пр на переход подать обратное смещение прежней амплитуды, будет наблюдаться генерационный ток слоя объемного заряда, обусловленный изменением заполнения примесных центров во время прямого смещения. Снимают зависимость величины этого тока от времени при различных амплитудах прямого смещения, иными словами, при различных значениях Пир можно определить постоянную времени с щина слоя объемного заряда определяется из измерений емкости р-п перехода . На чертеже показаны Графики изменений напряжения и тока на исследуемом переходе при Определении параметров примесных центров в полупроводниковых материалах. Формула изобретения Способ определения параметров примесгых центров в полупроводниковых материалах, заключающийся в подаче на р-п переход напряжений различных полярностей и измерении зависимости генерационного тока объемного заряда p-fl перехода от времени,о т л и ч а to щ и и с я тем, что, с целью одповременного определения знергетического положения примесного уровня.

концентрации примесных центров и коэффициентов .рекомбинации электронов и дырок на р-п переход подают последовательность разнополярных прямоугольных /;;импуль сов, длительность обратного импульса выбирают достаточной для установления стационарного значения генерационного тока, амплитуду прямого импульса изменяют в диа

пазоне - КТ

,

где К - постоянная Больцмана;

Unp амплитуда прямого смещения V - контактная разность потенциалов.

а длительность его выбирают такой, чтобы генерационный ток был максимальным, и определяют искомые параметры по расчетным формулам.

Источники информацииj принятые во внимание при экспертизе

1.Равич Ю.И. Фотомагнитный эффек в полупроводниках и его применение, М.,Советское радио, Д967, с.4О

2.Патент Франции В 2070385, кл.. G 01 R 31/00.

3.Solid. State Electronics, 1970 V 13, P.773-776.

4.Патент США № 3859595, кл. 324/158, 06.12.73.