Способ измерения скорости поверхностной генерации-рекомбинации Советский патент 1983 года по МПК H01L21/66 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОВЕРХ1ЮСТНОЙ ГЕНЕРАЦИИ-РЕКОМБИНАЦИИ

1

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для контроля электрофизических параметров полупроводниковых пластин, используемых при изготовлении полупроводниковых пртборов.

Известен способ измерения скорости поверхностной рекомбинации, основанный на помещении образца в скрещенные злектрическое и магнитное поля, облучении светом с знергией квантов, превышающей ишрину запрещенной зоны, измерении зависимости интенсивности люминесценции от величины напряженности электрического поля, вычислении скорости поверхностной реком&шации 11.

Недостатки этого способа - низкая точность, обусловленная погрещностями при определении абсолютных значений интенсивности люминесценции, его непригодность для определения больцшх скоростей поверхностной рекомбинации.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения скорости поверхностной генерации-рекомбинации, основанный на измерении интенсивности отрицательной люминесценции полупроводниковой пластины, помещенной во взаимно перпендикулярные электрическое и магнитное поля, при изменении напряженности одного из полей при постоянной напряженности другого поля I2J.

Недостатками зтого .способа являются низкая точность и узкий диапазон измеряемых скоростей поверхностной генерации-рекомбииации.

Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазсжа измеряемых скоростей поверхностной генерации-рекомбинации.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения скорости поверхностной генерации-рекомбинации, основаиному наизмерении лнтецсивности отрицательной люминесценции полупроводниковой пласти20 ны, помещенной во взаимно перпендикулярные электрическое и магнитное поля, при изменении напряженности одного из полей при постоянной напряженности другого поля, нзмереиие интенсивностн отрицательный люминесценции проводят при изменении напря женностй магнитного поля при постоянной напряженности электрического поля и расчитывают скорость поверхностной генерациирекомбинации по формуле а()2 р кгде е - заряд электрона; к - постоянная Больцмана; с - скорость света в вакууме; т - абсолютная температура; d - полутолщина полупроводниковой пластины; L - диффузионная длина носителей заD - коэффициент биполярной диффузии, напряженность электрического поля; напряже1шость магнитного поля; jLJ PT/Lt-p - подвижности электронов и дырок; Р - интенсивность отрицательной люминесценции;PQ - максимальная интенсивность отрицательной люминесценции. На фиг. 1 приведена схема установки для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - распределение электронно-дырочных пар по толщине пластины; на фиг. 3 - п левые зависимости отрицательной люминесцен НИИ, где кривая 1 относится к первой грани пластины, кривая 2 - к второй грани. Установка включает полупроводниковую пластину 1, источник 2 электрического поля, электромагнит 3, источник 4 питания электро магнита, приемник 5 электромагнитного излучения, осциллограф 6. Способ осуществляют следующим образом. В отсутствие внешних полей из полупрово ника выходит равновесный поток излучения величина которого пропорциональна равновесной концентрации носителей тока п . При наложении скрещенных .Е и Н2 полей в таком направлении, чтобы дрейф электронн дырочных пар происходил от исследуемой по верхности вглубь полупроводника, концентрация носителей вблизи этой грани становится меньше равновесного значения (фиг. 2), Соответствующим образом з леньшается интенсивность рекомбинационного излучения, т.е. наблюдается отрицательная люминесценция. При сильном истощении приповерхностной ча ти полупроводника глубина модуляции рекомб1шационного излучения практически становэтся равной значению Рд , а на полевой зависимости PCMJj наблюдается насыщение. Таким образом, максимальная амплитуда отрицательной люминесценции равна мощноси равновесного рекомбинационного излучеия свободных электронно-дырочных пар. Расмотренная ситуация характерна для полуроводников с собственной проводимостью. При небольших отклонениях интенсивности екомбинационного излучения Р от Рр аблюдается прямолинейная зависимость Р (Hj) аклон которой определяется значением скоости поверхностной генерации-рекомбинации а исследуемой грани кристалла и не зависит от S на другой грани. Поскольку в формулу (1) входит отношение мощностей измерение налов люминесценции достаточно производить в относительных единицах, а за единицу измерения принимать максимальный сигнал отрицательной люминесценции в режиме насыщения. Таким образом, используя явление отрицательной люминесценции, можно определять скорость поверхностной рекомбинации в низкоомных полупроводниковых кристаллах в области высоких температур, при которых другие методы, например, основанные на измерении фотопроводимости или фотолюминесценции, оказьшаются неэффективными. Пример. Образцы выполнены из нелегированного n-ZnSb с концентрацией нескомпенсированных доноров N(3 - Nd Толщина пластины составляет 10 см. Образцы травятся в полирующем травителе СР-4А. Измерения проводят при комнатной температуре Т 300 К. Омические контакты наносят сплавом индия с теллурюм. С помощью держателя образцы устанавливают между полосами электромагнита, после чего к контактам подают электрическое поле. По данным измерения сигналов отрицательной люминесценции с обоих граней пластины построены полевые зависимости, представленные на фиг. 3. Измерения проводят при постоянном электрическом поле напряженностью 20 В/см. Глубина модулйции рекомбинационного излучения на участке насыщения полевых зависимостей Р (Н g) соответствует значению Плотность потоков равновесного излучения одинакова с обоих граней, поэтому в нашем случае сигналы насыщения, измеренные разными приемниками с неодинаковой чувствительностью, можно приравнять друг к другу и принять за единицу отсчета. Далее, выбрав любые точки на прямолинейном участке полевых зависимостей (к примеру точки А и В), находят соответствующие им значения полей Н при известном постоянном ЕХ В нашем случае точке А соответствует Н 2. -1,5 кгс/см, а точке В 1,75 кгс при Е 20 В/см. Подставив в формулу (1) все значения, находят значения скоростей поверх ностной рекомбинации на противоположных гранях пластины. При известных из литерату ры /.„ 7,710, и. и скорости поверхностной рекомбинации соответственно равны S 3,4 «10 см/с и 84 2,2-10 см/с. Предлагаемый способ, измерения скорости поверхностной рекомбинации обеспечивает расширение диапазона измеряемых скоростей поверхностной рекомбинации и повышение точности определения скорости поверхностной рекомбинации. Формула изобретения Способ измерения скорости поверхностной генеращ1и-рекомбинации, основанный на измерении интенсивности отрицательной люминесценции полупроводниковой пластины, помешенной во взаимно перпендикулярные электрическое и магнитное поля, при изменении напряженности одного из полей при постоянной напряжещюстн другого поля, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измеряемых скоростей поверхностной генераI ции-рекомбинации, измерение интенсивности трицательной люминесценции производят при зменении напряженности магнитного поля при остоянной напряженности электрического поя и рассчитывают скорость поверхностной енерации-рекомбинации по формуле P() ктсFO d - полутолщина полупроводниковой пластины; L - диффузионная длина носителей заряда;, - заряд электрона; -постоянная Бопьшмпна; - скорость света в вакууме; -коэ|ффициент биполярной диффузии; fjL tff-p- подвижности электронов н дырок; - напряженность электрического поля; - напряженность магнитного поля; Р - интенсивность отрицателыюй люминесценции;PQ - максимальная интенсивность отрицательной люмннесценш и; Т - абсолютная температура. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР по заявке 2639851/18-25, кл. Н 01 L 21/66, 1979. 2.Авторское свидетельство СССР по заяве N 2993646/18-25, кл. Н 01 L , 980 (прототип).