Способ измерения электрических параметров в полупроводниковых материалах

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет -1) М. Кл, Н 01 1, 21/ всрдарствеииый ноюнтетСовета Министроа СССРио делаю иаобретоннйи атирытнй ДК 621.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТР ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ соба явлхний параметфуэионныия - повышоэффициен к сто- обЗаяВИтЕЛЬ Ордена Ленина Фиэ Изобретение относится к способам измерения параметров полупроводниковых материалов, например коэффициентов диФфузии и диффузионных длин неосновных носителей материалов с малыми эна. чениями диффузионных длин (в частнос" ти, арсенида галлия).Известен способ измерения 11 И 1 21 коэффициента диффузии Д материалов с малыми диффузионными длинами Ь пУтем измерения диффузионной длины и времени жизни С; Недостатком способа являетсл ниэая точность измеренийНаиболее близким техническим решением к предложенному является способ измерения электрических параметров полупроводниковых материалов ",З, включающий создание на измеряемом материале р - и -перехода, прикладывание к нему напряжения В запорном направ" ленни, освещение коротким по отношению к времени диффузии неосновных носителей импульсом света участка образца, удаленного от р -и -перехода на рсстояние порядка диффузионной длины, и измерение тока, протекающего В цепи р - и -перехода. хнический институт ии. А Основным недостатком сцоется низкая точность измереров материалов с мальпти дифми длинами.Цель изобретен ение точности измерения к та и диффузионной длины,Поставленная цель достигается тем,что одновременно с участком, удаленным от р -та -перехода, освещают такимже импульсом и р -и -переход, причемр -и -переход создают на удалении отосвещаемой поверхности порядка диффу-зионной длины с уровнем легированияприлегающего к поверхности слоя, меньшим уровня легирования подложки, Измерения повторяются при нескольких отрицательных смещениях р-п -перехода.В отличие от прототипа, коллекторЮ ный переход выполняется не в виде локальной области под зондом на поверхности образца, а в виде плоскости, параллельной поверхности. Глубина залегания р - и -перехода выбирается сонэ.И меримой с несколькими диффуэионноюжидлинами,Одновременное освещение поверхности образца и слоя объемного зарядаколлекторного р -д -перехода (соЮ роны торца) позволяет йолучить нащей нагрузке Я сигнал, соответствующий моменту падения на образец импульса света (освещения слоя объемного заряда р- л -перехода), и исследуемый сигнал, задержанный на измеряемое вре мя диффузии носителей от поверхности до р -и -перехода. Поскольку оба сигнала снимаются с одной нагрузки, то задержки сигналов эа счет соедини тельных цепей и в блоках усиления и р регистрации (на осциллографе) не влияют на точность измерения. Изменение отрицательного смещения на р -л - переходе позволяет менять расстоянйе от р -и -перехода до поверхности эа счет расширения слоя объемного заряда. Точность определения расстояния от р - 11 -перехода до поверхности определяется точностью измерения глубины залегания р-д -перехода от поверхности при нулевом смещении и точностью20 измерения емкости при отрицательном смещении, что практически не ограничивает точность измерения расстояний. При измерении емкости с точностью 1 0,1 пф и осциллографировании импульсон Фототока на высокочастотном осциллографе С 2-39 точность измерения расстояний составляет 1 0,1 мкм, времени + 0,5 нсек. Уровень легирования и и Р -областей р -и -перехода выбира 30 ют таким, чтобы слой объемного заряда расширялся преимущественно в сторону освещаемой поверхности, чем и обеспечивается изменение расстояния от освещаемой поверхности до р -и -перехо 35 да при приложении отрицательного смещения.Кроме измерения коэффициента дифФузии, предложенный способ измерения позволяет определить диффузионную дли ну неосновных носителей. При толщине слоя с 1(. измеряют время задержки появления максимума фототока, вызван. ного диффузией носителей с поверхности образца, относительно импульса Фототока, вызванного освещением слоя объемного заряда р -Л -перехода. Строят зависимость времени задержки от расстояния между р-п -переходом и освещаемой поверхностью и по наклону этой зависимости находят скорость диф 50 Фузии У неосновных носителей. Иэ выражения для скорости диффузии, используя определенные значения О , находят диффузионную длину неосновных носителей (55 УПри толщине исследуемого слоя да(. диффузионную длину ( находят по известному 2 из выраженияЯ-гм,полученному из условИя существования экстремума зависимости концентрации возбужденных носителей р от временипри фиксированном расстоянии отр - л -перехода х, где С я - время наблюдения максимума фототока.На чертеже представлена схема измерения коэффициента диффузии и диффузионной длины предложенным способом,содержащая импульсный источник излучения 1, ослабитель 2 с фильтром, полупрозрачное зеркало 3 или призму,отражающие зеркала 4, 5, фокусирующие линзы б, 7, направляющие излучение на образец 8, источник питания 9,эашунтированный емкостью С, сопротив -ление нагрузки 10, усилитель 11, осциллограф 12.Настоящий способ измерения болеечем на порядок повышает точность измерения коэффициента диффузии и диффузионной длины неосновных носителейпоскольку точность определения глубины залегания слоя объемного зарядар-и -перехода не более 0,1 мкм, аточность временных измерений определяется воэможностями регистрирующегоустройства и при использовании стробоскопических осциллографов не превышает ф.0,5 нсек.Все это позволяет значительно расширить класс измеряемых полупроводников за счет добавления материаловс малыми диффузионными длинами, например типа А В, у которых (. не превышает 20-30 мкм. Кроме того, значительно сокращается время, необходимоедля получения истинного результата,поскольку при использовании существующих методик иэ-за их невысокойточности требуются дополнительныекосвенные измерения.П р и м е р, Коэффициенты диффузии П и диффузионная длина носителей 1. измерялись в слаболегированном 6 а Аз с концентрацией носителей1 -),10 см. Для этого на р-подложкеОвАЭ выращивают слаболегированныеслои и -типа с толщиной и - Зать г35 мкм. Контакт к р+ -стороне наносятсплошным, а к п-стороне локальным,что дает воэможность освещать л -поверхность сфокусированным пучкомлазерного импульсного излучения.Уровень возбуждения носителей соответствует концентрации 10 см ф .Биполярный коэффициент диффузии неосновных носителей определяют поосциллограммам фототока при нескольких смещениях на р -л -переходе,т.е. расстояниях до р-л -перехода о 1поверхности Х = 30,6 мкм и Х = 25 мкм.при этом выбирают момент времени ярд3В нсек. Получено Ь42 см/сек. ДифФузионная длина неосновных носителей,найденная по наклону зависимости1 3 (х) , где х - расстояние от р-лперехода до освещенной поверхности,равна 10 мкм.Эаказ 606/48 Тираж 960 Подписное ПНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, %-35, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП Патент, г. ужгород, ул Проектная, 4 Формула изобретения1. Способ измерения электрических параметров полупроводниковых материалов, включающий создание на измеряемом материале р -и -перехода, прикладывание к нему напряжения в запорном направлении, освещение коротким по отношению к времени жизни неосновных носителей импульсом света участка образца, удаленного от р-п -перехо О да на расстояние порядка диффузион - ной длины, и измерение тока, протекающего в цепи р -и -перехода, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности измерения коэффициента. 5 диффузии, одновременно с участком,удаленным от р -и -перехода, освещают таким же импульсом и р-и переход.2. Способ по и, 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что р-и -переход 20 с оздают на удалении от поверхности порядка диффузионной длины с уровнемлегирования прилегающего к поверхносги слоя, меньшнм уровня легированияподложки,3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью оп"ределения диффузионной длины, измере"ния повторяют при нескольких смеше-,ниях р- п - перехода.Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе:1. М . ЕМеп Ье г, Н, Кг е 1 ьее 1 п8, 1, СчбЬег т, АррВ РЬща,2. Алферов Ж. И., Андреев В. М.,Гарбузов Д. Э., Трукан М. К. ФТП, 8,561, 1974.3. Павлов Л. П. Методы определения основных параметров полупроводниковых материалов, Высшая школа, 1975.