Способ определения степени компенсации примесей в полупроводниках

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИК А 4 Н 01 Ь 21/6 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ О АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИДЕТЕЛЬСТВУ ВТОРСНОМ 1эталон, размещаю его так, чтобы он находился в одинаковых условиях и прй/ одинаковом фоновом облучении с. исследуемым образцом устанавливают ин" дукцию магнитного поля, обеспечиваю/.щую равенство единице отношенияхолл- факторов образца и эталона, ЭДС Холла измеряют при любой произвольно выб-. ранной температуре из области температур вымораживания примесей и вычисляют степень компенсации примесей по формулеФ(71) Институт рники АН СССР(56) С.М.Ъ 7 о 1 йе е . а 1,р 11 ей РЬуз 1 сз, 1970, чор. 504.Дж. Блекмор. Статиств полупроводниках., М.,с. 135-153,Бюл. У 14адиотехники и ктрошиц оГ Ар 2,цгп 41,ика электроновМир", 1964,ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИМЕСЕЙ В ПОЛ венно содер римесей с блСТЕПЕНИ УПРОВОДНИ У й Яащих у зк ации, основанный на олла в образце, о т с я тем, что, с ц повышения точностй лнительно помещают зт н и 1 н и Тэ(54)(57) СПОСО КОМПЕНСАЦИИ ПР КАХ, преимущес или несколько энергиями иоки измерении ЭДС личающи лью упрощения в криостат доп 1 )К . 741степень компенсации исследемого полупроводника;степень компенсации эталонного полупроводника;ЭДС Холлаисследуемого полупроводника и эталонного;толщины образца и эталотоки через исследуемый озец и эталонТ (с К 1 п (о,Фкомп) где ИсУ К 1 . 7074Изобретение относится к,полупроводниковой технике и может быть использовано для определения степеникомпенсации примесей в полупроводниковых материалах, содержащих одну или 5несколько примесей с близкими энергиями ионизации,Известен способ определейия степени компенсации примесей в полупровод-никахВ этом способе измеряют коэффициент Холла и электропроводностьпри температуре полной ионизации примеси и расчетным путем определяютстепень компенсации примесей.Недостатком этого способа является 15его непригодность для германия и кремния, в которых при температуре истощения примесей рассеяние носителейзаряда происходит либо на колебанияхкристаллической решетки, либо являет Ося смешанным, т.е. примесным и решеточным.Известен также способ определениястепени компенсации примесей в полу-.проводниках, преимущественно содержа 25щих одну или несколько примесей сблизкими энергиями ионизацйи, основанный на измерении ЭДС Холла в образце.Недостатком этого способа являетсяего сложность, обусловленная необходимостью измерений ЭДС Холла в широком температурном интервале криогенных температур и сложностью обработкирезультатов измерений. 35Другим недостатком этого способаявляется невысокая точность определения степени компенсации.Целью изобретения является упрочнение и повышение точности, 4 ОПоставленная цель достигается тем,что в криостат дополнительно помещаютэталон, размещают его так, чтобы оннаходился в одинаковых условиях и приодинаковом фоновом облучении с исследуемым образцом., устанавлчвают индукцию магнитного поля, обеспечивающуюравенство единице отношения холл-факторов образца и эталона, ЭДС Холлаизмеряют при любой произвольно выбраиной температуре из области температур вымораживания примесей и вычисляют степень компенсации примесей поформулеэт эт -1 55Чх й 1: 1+( -- . 1).К" ЧРХ Нгде К - степень компенсации исследуемого полупроводника; 55 2.К э - степень компенсации эталонэтного полупроводника; Ч и Ч - ЭДС Холла исследуемого полупроводника и эталона;этЙ и д- толщины образца и эталона;1 и 1- токи через образец и эталон.Сущность способа состоит в том, что измеряют ЭДС Холла на контактахэтэталона Ч и исследуемого образцаэт7, а также токи 1 и 1 , причем из.мерения проводят только при одной ., произвольно выбранной температуре из области температур вымораживания примесей в образце и эталоне.При этом концентрации свободных носителей и и п значительно меньше концентраций нескомпенсированных примесей, т.е.эт эт эт пфосн комо ) и и с фосн комо ) а также пИко и пИ", 1Температура, при которой производят измерения, должна удовлетворятьусловию эффективное число состояний в зоне проводимостиили валентной зоне (в зависимости от типа носителей тока);постоянная Больцмана;энергия ионизации основнойпримеси;кратность вырождения основного состояния примесного центра. Равенство скоростей генерации носителей тока тепловыми колебаниями . решетки и излучением фона с одной стороны и скорости захвата носителей тока на незаполненные примеси, с другой стороны, имеет вид х комп Иосн комо) уэт эт эт эт (2)комо=Р(осн,-комн) эгде Ы - коэффициент захвата свободныхносителей тока ионизованной примесью;- коэффициент генерации носителей тока при ионизации примеси тепловыми колебаниями решетки и фоновым излучением.Так как в обоих кристаллах основная примесь одна и та же, то М исовпадают.3 707455Из уравнений (2) и из определениякомпстепени компенсации примеси К=И / с(3) Подстановка (4) в (3) приводит к предлагаемой расчетной формуле для опреДеления степени компенсации примесей. 25 л Редактор П.Горькова Техред М.Ходанич Корректор А,Зимокосов Заказ 1328/2 Тираж 699 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграФическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Магнитное поле, в котором производят измерения ЭДС Холла, устанавливают такой величины, чтобы холл-факторы г в образце и эталоне были равны. Для этого индукции магнитного поля должна 15 удовлетворять условиюВ 10/м,.где В - индукция, Тесла;р - подвижность носителей, см/В с.20При равенстве Холл-факторов г=г фэт зт этКл и 7 х йн 1(4)В.х и" х с 1 н 1 эт4Эталоны изготавливают с заданной тепенью компенсации примесей ядерно- физическими методами или используют материал, в котором степень компенсации измерена с высокой точностью,П р и м.е р. В качестве исследуемого образца берут германий р-типа, основная примесь в котором галлий, Эталон изготавливают путем легирования галлием и измеряют степень компенсации известными способами. Измеренное значение К =0,40. Образец и эталон помещают в гелиевый криьстат при температуре 4,2 К, Индукцию магнитного поля устанавливают равной 5 кЭрст. При этом г=1.Измеренные значения ЭДС Холла имеют значения: Ч =0,6 В, Ч 0,3 В при токах 1=0,2 мкА, 1 0,5 мкА, с 1 =й. При этих значениях степень компенсации исследуемого образца К=0,77.Преимуществами способа являются: возможность проводить измерения только при одной температуре и при наличии фонового облучения, отсутствие необходимости точного измерения этой температуры и величины магнитного поля.