Способ определения параметров электронных состояний на поверхности полупроводниковых автокатодов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 1 ) 9 0 Т СССРОТНРЫТИЙ ЕНИ Яа где дЕ - энергетв функц ностныхК - постоян измеряют статиче характеристику, ют высоту внутре чеси псосая Ю,В.Марбарьера Т,ноговнешнходятний ояЧ верхнос длина экранированиДебая а л Е Те ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НПО ДЕЛАв ИЗОБРЕТЕНИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ,(.71) Ордена Трудового Красного Зна- .мени институт радиотехники и элек-.троники АН СССР(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОННЫХ СОСТОЯНИЙ НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ АВТОКАТОДОВ,.включающий измерение параметров автокатода и обработку полученных данных,о т л и ч а .ю щ и й с я . тем, что, сцелью повышения разрешающей способности и точности измерений и сокращения времени измерения, катод охлаждают до температуры,ЯОА кое разрешениелотности .поверхтояний;Больцмана,кую вольтампернуюо которой определянего потенциальаю,где Чу 3чего натных сост ее напряжение, послеплотность поверхнос855( Е ) из выражения (Е)/Е"-Е =гкт, О 7 где Г - уровень Ферми нати полупроводник Ж - диэлектрическая проницмость полупроводника; М) - концентрация примеси впроводнике; фзаряд электрона;-- формфактор полупроводни Чд вого автоэмиттера;Е - внешнее электрическое пИзобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для определения электронных характеристик поверхности твердых тел,в частности, в условиях сверхвысокого накуума. 5Известен способ определения параметров поверхностных состояний (ПС) на границе раздела полупроводник вакуум, основанный на измерениях спектральных характеристик кванто О ного выходафотоэлектронной эмиссии вблизи ее порога и распределений змиттированнных фотоэлектронон по энергиям, В соответствии с этим методом образец, в частности полупроводник, облучают монохроматическим светом с .энергией квантон %и, гдепостоянная Планка;,и) - частота света. При даннсй энергии Ьв измеряют квантовый выход , т.е. отношение числа эмиттированных фотоэлектронов к числу поглощенных, Фотонов. Изменяя частоту ш , измеряют г как Функцию ш, Для определения из этих измерений Функции плотности ПС 5 МБн(Е ), где, Е - энергия, требуются сведения о матричном элементе перехОда между начальным и конечным состояниями, а также о распределении конечных состояний по энергии 13.Необходимость использования анализатора энергий фотозлектронов, эмиттированных из ПС, и большой объ-ем измерений, обусловленный необходимостью регистрации спектральных характеристик у, обусловливают дороговизну и неоперативность данного способа. Известен также способ определения параметров ПС, основанный на измере О ниях распределений по энергиям автоэлектронов, эмиттированных из полупроводниковых автокатодов. Этот способ включает в себя следующие операции: подают на анод положительное 45 относительное полупронодникового автоэмиттера фиксированное постоянное напряжение Ч , производят анализ распределения эмиттированных авто- электронов по энергиям путем подачи пучка в дополнительное тормозящее электрическое поле и снимают зависимость коллекторного тока от величины этого поля, дифференцируют полученную зависимость коллекторного тока от величины тормозящего поля, из полученных измерений определяют Функцию Н (Е) 2.Однако йоскольку прозрачность поверхностного потенциального барьера У для электронов, эмиттируемых из 60 ПС, расположенных под дном зоны проводимости, может быть весьма мала, распределение эмиттированных анто- электронов по энергиям, отвечающее составляющей автоэмиссионного тока 65не всегда легко измерить, так как автоэмисионные токи, сОответствующие узким энергетическим интервалам автоэлектронов, оказываются очень малыми,Следовательно, восстановление таким путем функции М ( Е) либо не всегда возможно, либо приводит к большим ошибкам, свойственным измерениям очень малых токов. Кроме того, необходимость использования спектрометра автоэлектронов усложняет и удорожает эксперименты, а также делает их очень трудоемкими и не- оперативными,так как для нахождения Мз(Е 1 требуется определять зависимость энергетического спектра автозлектронов от напряженности внешнего поля в широком интервале полей. Таким образом, недостатками известного способа определения М ( Е) являются сложность, трудоемкость, неоперативность и недостаточная точность, в частности низкое энергетическое разрешение,Цель изобретения - повышение разрешающией способности и точности измерений, а также сокращение времени измерения.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения параметров электронных состояний на поверхности полупроводниковых авто- катодов, включающему измерение параметров автокатода и обработку полу- чейных данных катод охлаждают до температурыЬЕ Тю где дЯ - энергетическое разрешение в функции плотности поверхностных состояний; К - постоянная Больцмана, измеряют статическую вольтамперную характеристику, по котором определяют высоту внутреннего потенциально 5 го барьера Ч; ид где . М,) - внешнее напряжение, после чего находят плотность поверхностных состояний й (Е ) из выражения где Р - уровень ферми на поверх-, ности полупроводника;кранирова Дебая;цае х - диэлектрическая пронимость полупроводника; Н 1- концентрация примеси вполупроводнике;с - заряд электрона; Р=- - Формфактор полупроводнико Чго автоэмиттера,Е - внешнее электрическое пол1072144,Составитель Г.КудинцеваРедактоР С,КвЯтковскаЯ ТехРеД И.Метелева КоРРектоР В,БУтЯга Заказ 136/46 . Тираж 683Подписное ВНИИПИ ГОсударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5. Эта формула следует из решения уравнения Пуассона для слоя обеднения Щоттки в приближении "нулевойй темпе ра туры" .Для нахождения искомой функции плотности ПС по вальтамперной харак теристике определяют высоту внешнего потенциального барьера Р, для ряда значений тока автоэлЬктронной эмиссии и внешнего напряжения находят высоту внутреннего потенциаль" )О 1 аю ного барьера 9 з и производнуюЗЧ39 Подставляя эти значения У и 15 в формулу (1), определяют плотность ПС И (Е ) как функцию положения уровня ферми на поверхности полупроводника.Таким образом, предлагаемый способ включает следукяцие операции: 20 исследуемый образец охлаждают до температуры в, где аЕ - заданноетехническими условиями энергетическое разрешение; подают внешнее положительное напряжение Ча относительно полупроводника, величйна которого должна обеспечивать режим автоэлектронной эмиссии; измеряют статическую ВАХ автоэлектронной эмиссии, т.еэависимость ЗА = Г(У,); по ВАХ определяют высоты вйешнего и внутреннего потен 3 Ю циальных барьеров Ч 9 з ивыд числяют плотность мз(е) как функцию 35 положения уровня Ферми Г на границе .полупроводник - вакуум от Ча иэ выражениядй , ач, .1 Й Е)/Е-Р=-- в . . 40 чч -ктч аач.Б сП р и м е р, Автоэлектронный катод из Зп - типа устанавливают в автоэлектронный проектор на охлаждаемую ножку. Проектор откачиваютдо высокого вакуума, катод охлаждают до температуры , где 4 Е - требуемое энергетическое разрешение. Подают внешнее положительное напряжение Чд относительно кремниевого острия. Величина Ч должна обеспечивать режим автоэлектронной эмиссии.Снимают статическую вольтамперную Характеристику автоэлектронной эмиссииПо вольтамперной характеристике определяют высоту внешнего потенциального барьера М, например по наклону характеристикиНайденное значение,Ч подставляют в выражении для вольтамперной характеристики полупроводника и определяют значение высоты внутреннего потенциальногоаю барьера Юэ и производную ч -. пода",аставив найденные значенияв расчетную формулу (1)найдем искомую функцию.Увеличение точности измерений в предлагаемом способе обеспечивается тем, что контролируется общий ток эмиттера:при снятии вольтамперной характеристики. Экспериментальная простота этой операции позволяет сократить время измерений по сравнению с прототипом Ф в 100 раз. Энергетическое разрешение предлагаемого способа определяется температурой образца и может принимать значения около1 мэВ, т.е. Увеличено в " 10 раз по сравнению с известным способом.