Способ определения степени компенсации примесей в полупроводниках Советский патент 1987 года по МПК H01L21/66 

1. 7 Изобретение относится к,полупроводниковой технике и может быть использовано для определения степен компенсации примесей в полупроводниковых материалах, содержащих одну ил несколько примесей с близкими энерги ями ионизации. Известен способ определейия степе ни компенсации примесей в полупровод никах.сВ этом способе измеряют коэффйциент Холла и электропроводность при температуре цолной ионизации при меси и расчетным путем определяют { тепень компенсации примесей. Недостатком этого способа является его непригодность для германия и кремНИН, в которых при температуре истощения примесей рассеяние носителей заряда происходит либо на колебаниях кристаллической решетки, либо является смешанным, т.е, примесным и решеточным . Известен также способ определения степени компенсации примесей в полупроводниках, -преимущественно содержащих одну или несколько примесей с близкими энергиями ионизации, основайный на измерении ЭДС Холла в образце. Недостатком этого способа является его сложность, обусловленная необходимостью измерений ЭДС Холла в широком температурном интервале криогенных температур и сложностью обработки результатов измерений. Другим недостатком этого способа является невысокая точность определения степени. к;омпенсации. Целью изобретения является упроч.нение и повышение точности. . Поставленная, цель достигается тем ЧТО в кркостат дополнительно помещают эталон, размещают его так, чтобы он находился в одинаковых условиях и при одинаковом фоновом облучении с Исследуемым образцом, устанавливают .индукцию магнитного поля, обеспечивающую равенство единице отношения холл-факторов образца и эталона, ЭДС Холла „ измеряют при любой произвольно ВЫбранной .температуре из области темпе 1)атур вымораживания примесей и вычисляют степень компенсации примесей по формуле . чт ,-( Г 1 тЛ т .с-1- - .Hji. I- к .,,т и 1 J , где К - степень компенсации исследуемого полупроводника; 5 -степень компенсации эталон ного полупроводника; -ЭДС Холла исследуемого полупроводника и эталона; d„иd„ - толщины образца и эталона; - токи через образец и эталон. Сущность способа состоит в том. что измеряют ЭДС Холла на контактах эталона УХ и исследуемого образца V, а также токи I и 1 , причем измерения проводят только при одной ., произвольно выбранной температуре из о.бласти температур вымораживания примесей в образце и эталоне, При этом концентрации свободных носителей п и п значительно меньше 1концентраций нескомпенсированных .,- примесей, т.е, эт n(NpcH KOfnn ) и п ( ). и п N: а также n«N I Температура, при которой производят измерения, должна удовлетворять условию К In (N,,/gN,J - эффективное числ.о состояний в зоне проводимости или валентной зоне (в зависимости от типа носителей тока); К - постоянная Больцмана; ; - энергия ионизации основной примеси; g - кратность вырождения основного состояния Примесного центра. Равенство скоростей генерации носителей тока тепловыми колебаниями решетки и излучением фона с одной стооны и скорости захвата носителей тоа на незаполненные примеси, с другЬй стороны, имеет вид 0 N,,n |(NocH -N комп - . эт п1/-лт т ,} , .. , Я коэффициент захвата свободных , ,« .,«,.,,г,« о....и носителей тока ионизованной примесью; р - коэффициент генерации носителей тока при ионизации примеси тепловыми колебаниями решетки и фоновым излучением. Так как в обоих кристаллах основная примесь одна и та же, то oi и /5 совпадают. Из уравнении (2) и из определения „ „комп , степени компенсации примеси / следует, что (откуда к.и(к,--,-2-. (3) Магнитное поле, в котором производят измерения ЭДС Холла, устанавливают такой величины, чтобы холл-факторы г в образце и эталоне были равны. Для этого индукция магнитного поля должна удовлетворять условию , где В - индукция. Тесла; Ц- подвижность носителей, при равенстве Холл-факторов X - П(дстановка (4) в (3) приводит к п| едл агаемой расчетной формуле для ; определения степени компенсации примесей. . 70 54 Эталоны изготавливают с заданной степенью компенсации примесей ядернофизическими методами или используют материал, в котором степень компенсации измерена с высокой точностью. Пример. В качестве исследуемого образца берут германий р-типа, основная примесь в котором галлий, Эталон изготавливают путем легирования галлием и измеряют степень компенсации известными способами. Измеренное значение ,40. Образец и эталон помещают в гелиевый криостат при температуре А,2 К. Индукцию магнитного поля устанавливают равной 5 кЭрст. При этом . Измеренные значения ЭДС Холла имеют значения: ,6 В, Vj 0,3 в при токах ,2 мкА, ,5 мкА, d, При этих значениях степень компенсации исследуемого образца ,77. Преимуществами способа являются: возможность проводить измерения только при одной температуре и при наличии фонового облучения, отсутствиенеобходимости точного измерения этой температуры и величины магнитного поля.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ КОМПЕНСАЦИИ ПРИМЕСЕЙ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ, преимущественно содержащих одну или несколько примесей с близкими энергиями ионизации, основанный на измерении ЭДС Холла в образце, о т - • 'личающийся тем, что, с целью упрощения и повышения точност:^, • в криостат дополнительно, помещаютэталон, размещают его так, чтобы он 'находился в одинаковых условиях и при., одинаковом фоновом облучении с .• исследуемым образцом устанавливают индукцию магнит-ного поля, обеспечивак!- щую равенство единице отношения' холл- факторов образца и эталона, ЭДС Холла измеряют при любой произвольно выб-. ранной температуре иа 'области температур вымораживания примесей и вычис- ля1с!т степень компенсации примесей по формуле., 'Г эт •jT т'-[-<к^-'>&Мг-у. •где К - степень компенсации исследуемого полупроводника; степень компенсации эталонного полупроводника; ЭДС Холла'исследуемого полупроводника и эталонного; толщины образца и эталона; и 1'^ - I токи через Исследуемый образец и эталон.Vvк"-иуГ-tid^^ -iW