Способ определения концентрации глубоких примесей в полупроводниках Советский патент 1983 года по МПК H01L21/66 

00

Од isd

со со Изобретение относится к полупроводниковой технике и мотет быть использовано для контроля полупроводниковых материалов. Известен способ исследования глу боких примесей в полупроводниках,основанный на вальтфарадных измерениях 1. Недостатком этого способа является его непригодность для определения концентрации глубоких примесей в случае, когда она меньше или сравнима с концентрацией мелких примесей . Известен также способ определения концентрации глубоких примесей в полупроводниках, основанный нацизмерении постоянной Холла при низких температурах 2J . Недостатком этого способа яаляется его непригодность для определения концентрации глубоких примесей в случае, когда она меньше или сравнима с концентрацией мелких примесей Целью изобретения является расширенйе функциональных возможностей способа на случай, когда концентрация глубоких центров меньше или равна концентрации мелких центров реком бинации . , Поставленная цель достигается тем, что в способе определения концентрации глубоких примесей в полупроводниках, основанном на измерении постоянной Холла при низких teMnepaTypax, измерения проводят при температуре жидкого гелия,освещают образец светом с энергией квантов больше ширины .запрещенной зоны и дополнительно измеряют электропроводность образца. На чертеже представлена зависимрр постоянной Холла Кц от генерации сво бодных носителей G. В соответствии с поставленной целью предлагается использовать новый механизм выявления глубоких примесей. Таким механизмом может служить рекомбинация свободных электронов и дарок через глубокие центры при наличии собственного фотовозбуждения, в процессе которой электроны пр тягиваются на нейтральные центры,а дырки- на образовавшиеся отрицательно заряженные. При этом глубокие центры играют, существенную роль в условии электронейтральности полупроводника. Для определения концентрации глубокихцентров предлагается производить межзонную подсветку образца при гелиевых температурах и в этих условиях измерять электропроводность 6 и Rj. Количественное определение концентрации глубоких примесей заключается в нахождении доли заряженных центров из уравнения нейтральности. Расчет выполняется следующим образом. В отсутствие магнитного поля электропроводность полупроводника описыeaeTciR выражением Ррр где е - заряд электрона; п,р - концентрация свободных; электронов и дырок соответственно;njf,,rUp подвижность свободных электронов и дырок соответственно. Постоянная Холла при наличии двух типов свободных носителей записывается в виде 1 ) (2) е р Ьп1ПЪ |и рВ(р-«) в -индукция магнитного поля. Выражения (1),(2) дают возможность определить концентрации электронов п в зоне проводимости и дырок р в валентной зоне. В условиях биполяр 10й генерации (межзонный подсвет) уравнение нейтральности имеет вид Ng.-f р N -f Na + п где N - число заряженных глубоких центров, Концентрации заряженных мелких доноров и акценторов,рассчитываемые по найденным значениям п и р известным Ng,Мд и энергиям онизацииSj,у . Если генерация носителей подсветом больше, чем термическая генерация с глубокого уровя, полная концентрация глубоких ентров определяется следующим обраом.. + 1) N де находится из выражения (3); В ,В - коэффициенты захвата электонов на глубокие нейтральные,а дырок

на глубокие заряженные центры соответственно (для Ge -рз 10).

Наиболее точными и простыми являются измерения в области таких интенсивностей подсвета, когда генёрация свободных носителей соответствует инверсии постоянной Холла R{G)0. В этом случае концентрации электронов .и дырок равны и определяются из измеренийбд, а N N5- Nq

N - -| N(5)

Предлагаемый метод пригоден в случае, когда механизм рекомбинации носителей через глубокие центры является преобладающим, В Ge это условие выполняется, если концентрация свободных носителей меньше, чем 10 см ,а примесей Np-, М меньше, чем

Пример , Определена концентрация глубоких примесей в образце Германия, содержащем 1,310 см сурьмы и 1,1 10 сминдия. На фиг, V представлена зависимость Rj(G) полученная для этого образца, В точке G испытывает инверсию.

Первоначально определена концентрация N в случае, когда G 0, При использовании экспериментальных значений5 10омсм и R 4,8 10 см°/кул при Н 5800 3, из (1,2) получено

п 2,8 , ,6-10 см .

При этом использовались величины:

fh.8lob,(,1.10 1 подвижности электронов и дырок при рассеянии импульса на акустических колебаниях решетки при ,2К,

Затем определена концентрация заряженных мелких доноров и акцепторов с помощью стандартных статистических. I формул.

., По N Q 1 п 9 -3 ,0-10 см ,

6 П

N 02Уа 4,8- 108 см-,.

м р

е,

« -3/

где п Ngexp() -8; 10 СМ (АЛЙ GesSb

Р Nuevp() 70 см (для Ge:ln Ev

,.vt о KO I

Ng, Ny - плотности состояний в зоне проводимости и в валентной зоне соответственно.

После проведенных расчетов из (3) смЛ из (4) N 2,2

Для расчет проводится по более простой форме. Из экспериментальных значений бо (G )7 10 ом см и R(G,) 0 имеем

п р 5,5- 10 см Nrf 210%

8 -3 N; 1,i(-10® см .10°CMN 2 1о см

Видно, что концентрации глубоких примесей, рассчитанные при 0 с помощью (1,2) хорошо совпадают.

Способ может найти применение в научных исследованиях,при разработке методик получения гюлупроводников I с заданными параметрами и при из Готовлении полупроводниковых прйбо ров.

Яя

Я

Ю«

/

/

W

/О.

го.