Неразрушающий способ измерения концентрации и подвижности носителей заряда в полупроводниковых материалах

Союз Советскиз Социалистическиз РеспубликЗависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 04.Ч.1970 ( 1435975/26 М. Кл. Ст 01 п 21/48Н 011 700 присоединением заявкиПриоритет Комитет по делам изобретений и открыт при Совете Министро СССРпубликовано 23.1.1973, Бюллетень8 ата опубликования описания 6.111.1973 УДК 621.382:621.317.79 (088.8) вторыобретения. И, Биленко, Б, А. Дворкин и 3. В, Шехт Заявител ЕРАЗРУША 1 ОЩИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ И ПОДВИЖНОСТИ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ПОЛУПРОВОДНИ КОВЫХ МАТЕРИАЛАХ Изобретение относится к области оптических методов контроля электр офизических свойств полупроводниковых материалов и может быть использовано при исследовании явлений, связанных с малыми изменениями оптических свойств веществ.Известны оптические методы определения концентрации и подвижности носителей заряда в полупроводниковых материалах, основанные на явлении плазменного резонанса носителей заряда и заключающиеся в исследовании спектральных зависимостей коэффициента отражения этих материалов.Однако известные способы при измерениях в миллиметровой и сантиметровой областях спектра и в широком диапазоне измерения параметров полупроводниковых приборов достаточно сложны по методике и дают относительно малую точность при измерении концентрации и подвижности носителей в низколегированных материалах (10 - 20%).Цель изобретения - сдвинуть рабочий диапазон анализирующего излучения в сторону коротких волн, расширить диапазон концентраций носителей заряда на фиксированной длине волны; повысить точность и упростить процесс измерения параметров низколегированных полупроводниковых материалов. Цель достигается использованием явлениянарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) и применением в качестве материала призмы полного внутреннего отражения того 5 же, что и исследуемый, материала, только созначительно меньшей (по крайней мере, на порядок) концентрацией носителей заряда.Предлагаемый способ заключается в следующем.10 На исследуемый образец накладываютпризму из того же материала, что и исследуемый, но со значительно меньшей концентрацией носителей заряда. На боковую грань призмы направляют анализирующее излуче ние и измеряют коэффициент отражения отграницы раздела призма - исследуемый образец.Для раздельного определения концентрациии подвижности носителей заряда необходимо 20 провести два измерения коэффициента отражения: при двух углах падения одной из компонент поляризованного излучения (возможно использование неполяризовашого излучения) или прн одном угле падения с исполь зованием обоих состояний поляризации.Подставляя экспериментально найденныезначения двух коэффициентов отражения и двух углов падения в известные соотношения,367377 Предмет изобретения 40 45 50 С оста в итель М. Л епеш кинаТехред Т. Миронова Корректоры: М. Коробоваи Л. Корогод Редактор И. Орлова Заказ 400 14 Изд. ЛЪ 1165 Тираж 755 ПодписноеЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, )К, Раушская наб., д. 4(5 Типография, пр. Сапунова, 2 связывающие их с оптическими, а следовательно, с электрофизическими свойствами, определяют концентрацию и подвижность носителей заряда в полупроводниковых материалах.Применение призмы с показателем преломления и близким к показателю преломления пг исследуемого материала, позволяет повысить точность определения электрофизических параметров полупроводниковых материалов. Например, при исследовании кремния птипа с концентрацией носителей заряда У= 10"см-з точность определения концентрации и подвижности носителей заряда составляет - 4% и 16% соответственно при использовании призмы из высокоомного кремния и 19% и 30/о, если призма выполнена из высокоомного германия. Допустимая относительная погрешность измерения коэффициента отражения составляла 0,0; установки угла падения - 10.Условие близости значений телей показапгпреломления п и аз, и= - :1, может бытьи,легко реализовано применением в качестве материала призмы того же, что и исследуемый, материала, по со значительно меньшей концентрацией носителей заряда. В качестве материала призмы может быть использовал, например, высокоомный кремний при образце из легированного кремния; так же могут быть использованы системы германий - германий, арсенид галлия - арсенид галлия и т. п, На практике в полупроводниковой электронике часто встречаются подобные структуры уже в готовом виде, например, эпитаксиальная пленка, выращенная по полуизолирующей подложке. Следовательно, для контроля таких структур отпадает необходимость изготовления специальной призмы и подготовки контактирующих поверхностей.Условие близости показателей преломления выполняется, если длина волны излучения находится в коротковолновой области плазменного резонанса и значительно меньше резонансной длины волны Х. Следовательно, там, где требовалось ранее применение волн миллиметрового и сантиметрового диапазонов, предлагаемый способ позволяет использовать длины волн ближнего и среднего инфракрасного диапазонов. Это увеличивает возможность улучшения локальности контроля и упрощает применяемую аппаратуру. 5 10 15 го г 5 30 35 Если использовать излучение, соответствующее коротковолновой области, то дисперсионное соотношение, связывающее действительную часть комплексной диэлектрической проницаемости с электрофизическими параметрами материала, существенно упрощается, становясь независимым от модельных представлений о механизме рассеяния носителей заряда и функции их распределения по энергии.В этих условиях знание только одной оптической постоянной (показателя преломления) дает возможность надежного определения концентрации носителей заряда в полупроводниках. Следовательно, методика определения концентрации носителей заряда сводится к измерению коэффициента отражения при одном угле падения.В полупроводниковых материалах с установленной эмпирической связью между концентрацией и подвижностью носителей заряда для определения электрофизических параметров также нет необходимости проведения двух независимых измерений.Предлагаемый способ по сравнению с известными обладает некоторыми дополнительными преимуществами: не требует изготовления специальной призмы и обработки контактирующих поверхностей при контроле практически важных структур (легированная пленка на полуизолирующей подложке); позволяет измерять концентрацию носителей заряда в полупроводниковых материалах в области коротковолновой ветви плазменного резонанса, т. е. в области, где можно не учитывать влияния механизмов рассеяния носителей заряда,Неразрушаюгций способ измерения концентрации и подвижности носителей заряда в полупроводниковых материалах путем наложения па образец призмы полного внутреннего отражения, направления на боковую грань призмы а 14 ализирующего излучения и измерения коэффициента отражения от границы раздела призма - исследуемый образец с последующими расчетами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в качестве материала призмы используют тот же материал, что и исследуемый, но с концентрацией носителей заряда по крайней мере на порядок меньшей.