Способ определения диффузионной длины неосновных носителей заряда в гомо-р-п-переходе

(51)5 Н 01 1 21/66 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКРЫТИЯМ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Изобретение относи рения физических парам ников и полупроводник частности содержащих г ся к технике измеетров полупроводовых приборов, вмо-р-и-переход. пров К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ 1(71) Черновицкий государственный университет(56) Воробьев Ю.В., Добровольский В,Н,Методы исследования полупроводников, -К,: Высшая школа, 1988, с,232,Павлов Л.П, Методы измерения параметров полупроводниковых материалов. -М.: Высшая школа, 1987, с,239,Зи С.М. Физика полупроводниковыхприборов. - М,; Энергия, 1973, с,б 56,Известны способы измерения диффузионной длинынеосновных носителей, которые можно условно разделить на две группы, К первой относятся методы исследования однородных образцов, ко второй - определение параметров готовых приборов, содержащих не более одного гомо-р-и- перехода, например высокочастотные и импульсные диоды, фотодиоды, светодиоды и т,п, Поскольку в процессе создания р-и-перехода возможно значительное изменениепо сравнению с его значением в исходном материале, предпочтение следует отдать второй группе мтеодов измерения. Кроме того, использование готовых приборов в большинстве случаев пс)зволяет определять параметры неосновных носителей в условиях, близких к реальным условиям эксплуатации этих приборов,2(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИФФУЗИОННОЙ ДЛИНЫ НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ГОМО-Р-й-ПЕРЕХОДЕ (57) Сущность изобретения; измеряют проводимость, концентрацию Основных носителей и ток насыщенияр р п-перехода. Измерение проводят в р- и и-областях гомор-и-перехода. Диффузионные длины электронов и дырок определяют расчетным путем. Наиболее близким к изобретению является способ определения диффузионной длины неосновных носителей из плотности тока насыщения 4 гомо-р-п-перехода, который равен сумме электронного 1 зп и дыроч НОГОвр ТОКОВ 4 1 р =15 р+1 рр =еп 1( + - Я ): Фьро Ь бпо 1.р 0 сКТ Р(Г 1) +ЯР )1) ф,где ио и ротронов и дьвенно:п - собственная концентрация носителей;е - заряд электрона;К - , постоянная Больцмана;Т - температура образца;Оп, Ор - коэффициенты диффузии электронов и дырок;Ь,.р- диффузионные длины электронов и дырок;(Г, ор - одимости и- и р-областей перехода, - концентрация свободных элек )рок в и- и р-областях соответстщего при 300 К ширину запрещенной эоны ец =2,26 эВ,Проводимости о (удельное сопротивление р = - ) и - и р-областей р-и-перехода0определялись методом Ван-дер-Пау. Для этого на пластину фосфида галлия с гомо-р 40. и-переходом с обеих сторон наносились омические контакты, диаметр которых составлял 0,5 мм, что существенно меньше 45диаметра пластины (30 - 50 мм). Контактыразмещались на пластине симметрично поее краю, что позволило избежать использования поправочных функций Ван-дер-Пау ивторичного эффекта Холла. Толщину слоя б 50определяли визуально под микроскопом,она составляла для исследуемого образца15 мкм для р-слоя и 350 мкм для и-слоя.Предварительно торец р-и-перехода обрабатывался в селективном травителе,Для определения концентраций электронов и дырок измеряли э,д,с, Холла в отсутствие и при наличии магнитного поля,Рассчитывали коэффициент Холла Вх, Для Уравнение (1) позволяет определитьдиффузионную длину только для одного типа носителей (электронов или дырок) и только в структурах с сильно различающейсяпроводимостью квазинейтральных обла+стей, то есть р -и- или и -р-переходов,Величины ио, Ро, оп, ор, 1, опРеделЯ"ются экспериментально, а и - постояннаявеличина при данной температуре для каждого полупроводника. 10Недостатком данной методики являетсяее негрименимость к подавляющему числуполупровОдниковых структур с р-п-перехо. дом, у которых пи сгр мало различаются.Выражением(1) нельзя в ряде случаев пользоваться даже для резко асимметричных переходов, поскольку для получения этихсоотношений из формулы (1) должны выполняться Неравенства 1 зр пр Ипи 1 вр рр,гг Оп 20т,е, фактически - ) " или наоборот,1-р . 1-иУказанные критерии трудно установить, таккак для этого. требуется знание не толькоопределяемых из опыта проводимостей и- ир-областей диода и концентраций основныхносителей в них, но также значения 4 п и р,которые как раз и необходимо найти,Целью изобретения является обеспече-.ние возможности одновременного определения диффузионной длины для электронов 30и дырок в гомо-р-и-переходе с любым соотношением проводимостей р- и и-областейперехода.П р и м е р. Применяют. способ к гомо-ри - переходам из фосфида галлия ОаР, имею исследуемого образца при 300 К он оказался равным для и- и р-областей соответственно Вхр - 21 см /Кл и Вхр 31 см /Кл. Концентрации ио и ро можно найти из выражений1 оейхпРо (2)ЕИХР 1Здесь е = 1,6 х 10 Кл, а г определяетсямеханизмом рассеяния и принимается за 1,Вычисленные по формулам (2) концентрации электронов и Здырок пои 300 к составляли: ио = 3.10 см, а ро = 2 10 см Такие17 - 17 -3же значения концентраций получены и изизмерения емкости контакта металл - ОаР,Последние получены напылением никелячерез маску диаметром 1 мм на обе стороныполупроводниковой пластины.Для изготовления диодов пластина разрезалась на образцы размером 1 х 1 мм, накоторых создавались с обеих сторон омические контакты описанным способом. Затемизмерялэсь вольтампернэя характеристика(ВАХ) прямосмещенного р-и-перехода напостоянном токе, вплоть до 40 мА. В областибольших прямых смещений ток надбарьерный и описывается выражениемиКТ - и з КТ егде 1 и Ч - измеряемые ток и напряжение;Т - температура;В - последовательное сопротивлениетела кристалла и омических контактов.Из (3) следует, что зависимость 1 Я в координатах 1 и 1- К. отдолжна изображатьсяечпрямой, что хорошо подтверждается наопыте. Экстраполяция этой прямой к осиординат дает значение и (отсечка на осиординат при= 0). Из наклона прямой можно определить последовательное сопротивление, Найденное значение и= -76, чтосоставляет величину 1 = 10 А/см . Расчетные значения эффективных плотностейсостояния в зонах и собственной концентрации при 300 К равны: Ис = 1,17101 см 3;Мч=1,810 смзи и=210 см,19 .3 2 .1 -б .Рассчитанные по формуламКТсг, игг 1 и ро/йче о по р,. и п,7 Й,ж г 1,ГЕ,ПеропроТЛЬс использованием экспериментально измеренных величин значений диффузионных . длин составляют:и = 5,2 - 7,8 мкм;р = 0,4 - -0,56 мкм, Диффузионная длина неоснов1746435 ных носителей согласуется с величиной, определенной из спада наведенного тока.Величины времени жизни неосновных носителей, расСчитанные по формуламр 2 2 ИоКТо электронов и дырок в гомо-р-и-переходах с любым соотношением проводимостей р- и и-областей перехода, дополнительно определяют величину проводимости в другой части р-и-перехода, а диффузионные длины электронов и дырок определяют по форму- лам К Т ол иг и ро/й еи рдп,7 й 10 Составитель И.ПетровичРедактор Л,Алексеенко Техред.М.Моргентал . Корректор Н.Король Заказ 2398 Тираж; Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж,.Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 6 рР2 2Р К Торс использованием экспериментальных и расчетных значений, входящих в них параметров, составлят тл =(3-14) 10,с и хр =(5 - 25) 10. с,Формула изобретенияСпособ определения диффузионной длины неосновных. носителей заряда в гомо-р-и-переходе, включающий определение проводимости одной из частей гомо-р-и-перехода, измерение тока насыщения, опре деление концентрации носителей в обеих частях р-и-перехода, определение искомой величины расчетным путем по формуле, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения возйожности одновременного 25 определения диффузионной длины для где ио ро - концентрации электронов и дырок и- и р-областей;оп, ор - проводимости и- и р-областей,Мн, Йс - эффективные плотности состояний в валентной зоне и.зоне проводимости;1 - ток насыщения,М - постоянная Больцмана;Т - абсолютная температура;и - собственная концентрация носителей;е - заряд электрона,