Изобретение относится к полупроводниковой технике и можетбыть использовано для определения ширины запрещенной зоны, локальных уровней энергии, а также на основании этих данных состава материала, напр мер CdS,Se,x , ,,Te и др. Известен способ определения параметров полупроводника по красной границе собственней и примесной фотопроводимости или оптического поглощения 1. Однако при отсутствии предварите ных сведений с зонной структуры точность этого споссба невелика ввиду неоднозначности и нелинейности зависимости коэффициента поглощенияо -от энергии облучающих полупроводник квантов света h вблизи красной границы. Кроме того этот споссб не дает возможности определить термодинамически равновесные значения параметров: так называемую оптическую шири ну запрещенной зоны и оптическую энергию ионизации локального уровня принципиально отличающиеся от соответствующих равновесных (термических) параметров. Известен также способ определения параметров полупроводника, например ширины запрещенной зоны и локальных уровней энергии в запрещенной зоне, включа1са).кй облучение материала полупроводника электромаг-. нитным излучением с энергией квантов., превышающей ширину 3anpeii;eH-. НОИ зоны (2. ,В этом случае для определения параметров используются-особенности процесса релаксации энергии созданных светом носителей заряда, а именно процессы ионизации валентHEJx, электронов и связанныё с ними изломы в спектре внутреннего фотоэффекта. Этот способ позволяет выбрать наиболее удобную для эксперимента спектральную область независимс ст ширины запрещенной зоны, однако не устраняет указанных выше , затруднений. Используемая в нем спектральная зависимость также неоднозначна и равновесные параметры с его помощью определить нельзя. Цель изобретения - нахождение термодинамически равновесных значений параметров и повышение точности определения парг1метров.
Это дсустйгаётс г тем, что полупрйводник облучают одиночными импульсами электромагнитного излучения длиТельнсстью большей, чем время релаксации энергии носителей зарйДа, но меньшей, чем время жизни последних, и по повышению температуры попупрс(вбдййка за время импульса определяют ширину запрещенной зоны и пол6ж1 ние локальных уровней энергии в запрещенной зоне. Повышение температуры образца полупроводника измеряют вначале при облучении, его импуль- ; сом. сТэнёргией; кванта Ь9, и количе- ством квантовм, , затем измеряют повыиение температуры образца при оёлучении его импульсом с энергией кванта и количеством квантов Jfj . Полученные результаты представляют в виде двух точек в системе координат дТ/N , h, и по величине отрезка, Отсекаемого на оси -f прямой линией, проведенной через полученные точки, оп рёделяют параметры полупроводникеС. .
Повьшение температуры образца прлупроводника за время импульса дТ пропорционально тепловой энергии б , Выделяемой при термализации (понижении энергии до средней, соответствующей данной .температуре - 1,5 кТ в невырожденном полупроводнике) и безызлучательнсж захвате на локальные уровни свободных электронов и дырок, созданных светом с .энергией кванта Ь большей, чем ширина запр.аценной зоны Е . Зта энергия связана с oпpeдeляe aA к параметрами пробтым линейным соотношением. Облучение образца полупроводника . импульсом (света с и длительностью ty , превышающей время релаксации энергии (t 10 с), но меньшей, Ч(||рёШ Ш 11д1Н1йг Носителей заряда (обоих типов при определении Irf , и одного из двух при определений, положений локальньцс уровней), и измерение дТ,позволяет найти вёличинув.
Связь между величиной Q(дТ ) и определяемыми параметрами: термической шириной запрёщениой зоны В и энергетическим положением локальных уровней ;энер1 ии по отношению к той из разрешенных ;- зон, в которой носители заряда имеют большее время жизни ( -Ед ). Время жизни носителей в зонгис обозначено t и t, , -пусть
t;.
При определении TSg длительность импульса должна удовлетворять услоToiMja
Т, ,Т
вию
z
за время импудьса в образцШ в деляется только термгшизационная энергия: :.
Q.NCh --Eg-3kT).
- - - -- - .
О)
E h-P-Q/N-SkT
При определении Е должно быть выполнено соотношение t, ty tj . В образце за время iy выделяется Термализационная энергия и энергия беэызлучательного захвата короткоживущих носителей, т. е. вся эиер- . гия импульса за вычетом N (Ёд+1,5КТ) энергии захвата долгоживущих носителей , выделяемой после импульса
р-Н(Ь -Ед-1,5КТ), Oтcюдa
:E h9-Q/H-1,5kTT (2)
Связь между Q и дТ определяется соотношением QacfnftT где и- теплоёмкость, а /л - масса той части образца, где выделяется тепловая энергия. Для удобства измерений можно взять образец в виде тонкой плоскопараллельной пластинки и изме рять среднее повышение температуры освещаемой части пластинки дТ . Тогда
(5 стдТ, (3)
Дё гло - масса освещаемой части плас,тинки (( ) р - плотность, d - толщина пластинки, S - площадь светового пятна.
- . d . лТ-о1 f дТ(х)о(х
о : . , . . ..,..
Измерив дТ с помощью 43) нахОдят Q , а затем в зависимости от соотношения межДу ti/ и t, tj определяют либо Е по формуле (1),
либо Ед по формуле (2).
Для обеспечения достаточно высокой чувствительности при измерении импульсного повышения температуры, можно использовать темпера
турную зависимость спектра какойлибо оптической характеристики образца, на-пример поглощения, отражения и люминесценции. Бели образец имеет форму тонкой плоскопараллельной пластинки, достаточно измерить спе тральнЫй сдвиг края пропускания образца. Поскольку изменение коэффициента потлсхцения образца о( (дрс ) прямо пропорционально дТ , а
ДОС при измерении пропускания пластйн, ки усрапняется так же, как и д.Т ,(AiSk. d JjAcA K)dx );, измеряемый на опыте сдвиг края пропускания пропорционалён среднему повьииению тем- :
пёратуры освещенной части образца.
Необходимый для определения таким методом температурный коэффициент сДвигаkj rf еовпйдаёт с: теМпе ным коэффййй;ен1гбм йзТйёнёния ширины запрещенной збны и для (Зрльшинства
полупроводников известен.
Благодаря линейной зависимости между дТ,Ь и измеряемым энергетическим паргилет Гам полупроводника V ErfME существенно уп ющаются измерения и вычисления и повЫ1йается их точность.Так облучая полупроводник последовательно двумя импульсами одинаковой длительности, но разной энергии квантов h-O измеряем соответствующие повышения температур дТ, , 2. I пропорциональные энергиям Ц,и 2 Представляя результаты измерений в виде двух точек в системе координа АТ/к , hJ и проводя прямую линию через эти точки, находим h-, (точка пересечения упомянутой прямой с осью энергии) , откуда непосредственно получаем И , еслиСЕ ги t,, из формулы (1). Учитывая, что h%), соответ ствует Q 0, имеем Erf h-; o-3kT. СА при f,-: ty :tr2, если Н0„ соответствует Q 0, находим из формулы (2): : l ,SkT В этом случае для определения параметров полупроводника не нужно производить абсолютных измерени достаточно измерить дТ с точность до постоянного множителя: величина этого множителя не влияет на значе ние . Величина поглощенных квантов может быть измерена по фотопроводимости, здесь также достато но определить М| и N с точностью до постоянного множителя. Так например для определения ширины запрещенной зоны по термали зационйому нагреву пластинку кремния толщиной d 3-10 см освещают импульсом света длительностью t ЗЮ с, плсхдадь светового пятнаS 4-10 см Так KaKT-jofjii , вьшолняется условие t ,, необходимое для определения Erf .. Количество поглощенных квантов N 7-Ю- , средняя, энергия квантаh2,6 эВ. Край оптического пропус,кания, измеренный с использованием тех же импульсов света, смещен в длинноволновую область на 3«10 что при температурном коэффициенте Е к 4-10 эв/град дает.среднее повышение температуры дТ 7,5, Используя соотношения Gj-стдТ ,. при с 0,181 кал/г град и, -) 2,33 г/см имеем Q 1, N S 2,310-дж « 1,43 эВ. Далее 95 из (1) получаем Eef - h t3/N-3kT (2,6-1,43-0,08) э 1,09 ЭВ. Формула изобретения 1.Способ определения параметров полупроводника, вапример ширины запрещенной зоЙ1Я и локальных уровней энергии в зааре1ценной зоне, включаюдий облучение материала полупроводника электромагнитный излучением с энергией квантов, превышающей ширину запрещенной зоны. Отличающийся тем, что, с целью нахождения термодинамически равновесных значений napau ierpOB, полупроводник облучаютодиночньпи импульсами электромагнитного излучения длительностью большей, чем время релаксации энергии носителей заряда, но меньшей, чем время последних, и по повышению температуры полупроводника за время импульса определяют ширину запрещенной зоны и положение локальных уровней энергии в запрещенной зоне. 2.Способ по п. 1/ отличающийс я тем , что, с целью повышения точности определения параметров, повышение температуры дТ образца полупроводника измеряют вначале при облучении его импульсом с энергией кванта hi, и количеством квантов Н , затем измеряют повышение температуры образца,при облучении его импульсом с энергией кванtahV и количеством квантов Mj , полученные результаты представляют . в виде двух точек в системе координат лТ/Н , h и по величине отрезка, отсекаемого на оси Ь)прямой линией, проведенной через полученные точки, определяют параметры полупроводника. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе .1. Ковтошок и. Ф. Концевой Ю.А. Измерения параметров полупроводниковых материалов, М., Металлургия, 1970, с. 402-405. 2. Авторское свидетельство СССР № 405057, кл. G-01 N 21/00, 1974.
