Способ определения подвижности неосновных носителей заряда

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ЗСЮ Н 01 (4 2 АРСТВЕННЫЙ М ИЗОБРЕТЕН ОМИТЕТ СССР ИЙ И ОТКРЫТИЙ ГОС ПО БРЕТЕНИЯТВУ(71) Институт полупроводников аН Украинской ССР(56) 1. Наупез 1, ЯЬос)с 1 у И. 1 Ье МоЬШ.у апй 11 йеС 5 зйе ой ХпЭесей Но 1 ез апй Е 1 ессгопв 1 п Се. РЬув. еч, ч.81, 1951, р.835.2. ЯсЬпеЫег И., ЯсЬ 11 зег К.Ацова 1 цв 1 у епЬапсей р 1 авва йНйцв 1 оп гапвчегве о а щадпес 1 с Й 1 е 1 й 1 п п-Ье РЬув. СЬетп. Яо 11 йв., ч.)41, 1979, р. 813-820.(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОДВЖНОСТИ НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА основанный на помещении образца в скрещенные электрическое и магнитное поля таким образом, чтобы векторное произведение вектора напряженности электрического поля и вектора индукции магнитного поля было перпендику. лярно поверхности образца, инжекции пакета неосновных носителей заряда путем осйещения поверхности образца импульсом сильйо йоглощаемого света, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения я ПИСАНИЕ И ВТОРСНОМУ СВИ.ЯО Ы 5 Я.16 подвижности неосновных носителей заряда в полупроводниках с малой диффузионной длиной носителей и упро щения способа, регистрируют сигнал фотолюминесценции с поверхности образца противоположной освещаемой поверхности, измеряют время задержки максимального сигнала фотолюминесценции относительно максимума интенсивности импульса сильно поглбщаемо- го света и вычисляют подвижность не" основных носителей заряда по форму. (Ц.мосн Ю(вф (,ЕВгде М иосн - подвижность неосновныхносителей зарядар - подвижность основных но-сителей заряда;3толщина образца в нап"равлении переноса пакета неосновных; носите-, лей заряда,"Е - напряженность электрического поля,8 - ,индукция магнитного поле- время задержки максимального сигнала фотолю" ;минесценции относитель-но максимума интенсивности импульса сильнопоглощаемого света.Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для контроля подвижности неосновных носителей заряда (ННЗ) вполупроводниковых материалах, используемых для изготовления полупроводниковых приборов.Известен способ измерения подвижности ННЗ, основанный на созда=нии двух коллекторных выпрямляющих контактов к полупроводниковому образцу, подачу на образец электрического поля, инжекции пакета, ННЭизмерении времени дрейфа пакета ННЗв электрическом поле от первогоколлекторного контакта ко второму, 15измерении расстояния между коллекторными контактами, вычислении подвижности ННЗ по формулеЬ1=геф20где ) - расстояние между коллекторными контактами;- время дрейфа пакета ННЭ;- напряженность электрическогополя Я .25Однако способ обладает низкойточностью в применении к полупровод-.никам с малой диффузионной длиной(образцы при этом имеют толщины порядка 100 мкм), поскольку коллекторные контакты имеют конечные размеры(примерно 10 мкм), что не позволяетточно определить расстояние междуэтими контактами и в случае малыхтолщин приводит к значительным по"грешностям, Кроме того, точность измерений этим способом существенноограничивается шумами и нелинейностью коллекторных контактов.Способ сложен технологически дляизмерений в полупроводниках с малой 40диффузионной длиной, так как создание выпрямляющих коллекторных контак.тов на образце толщиной порядка 100 мкм является трудно осуществимой задачей. Следует отметить, чтоинжекция в коллекторный контакт невсегда эффективна, в частности вузкозонных материалах и при повышенных температурах, что создает дополнительные сложности.50Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяспособ определения подвижности ННЭ,основанный на помещении образца вскрещенные электрическое и магнитноеполя таким образом, чтобы векторноепроизведение вектора напряженностиэлектрического поля и вектора индукции магнитного поля было перпендикулярно поверхности образца,.инжекциипакета ННЗ путем освещения поверхнос тй образца импульсом сильно поглощаемого света 2,Недостатком этого способа являет.ся низкая точность определения подвижности ННЭ для полупроводниковых 65 материалов с малыми диффузионнымидлинами, Это связано с неопределенностью расстояния между коллекторными выпрямляющими контактами, которая обусловлена конечностью их размеров. Погрешность велика, так какразмер образца в направлении движения пакета ННЗ должен быть порядкарастянутой диффузионной длины (диффузионной длины вдоль электрического поля), иначе процессы рекомбинации и диффузии уменьшат концентрацию ННЗ настолько, что регистрацияпоследних станет невозможной. Точность способа существеннО снижаетсяиз-за шумов и нелинейности коллекторных контактов.Цель изобретения - повышение точности определения подвижности ННЗв полупроводниках с малой диффузионной длиной носителей и упрощениеспособа.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу определения подвижности ННЭ, основанному напомещении образца в скрещенные электрическое и магнитное поля таким образом, чтобы векторное произведение вектора напряженности электрического поля и вектора индукции магнитного поля было перпендикулярно поверхности образца, инжекции пакета, ННЗ путем освещения .поверхности образца импульсом сильно поглощаемого свбта, регистрируют сигнал Фотолюминесценции с поверхности образца противоположной освещаемой поверхности, измеряют время задержки максимально-. го сигнала фотолюминесценции относительно максимума интенсивности импульса сильно поглощаемого света и вычисляют подвижность ННЭ по формулегдЕ 0 оси внос " поДвижности оснозныхи неосновных носите-.лей заряда соответст;венно, рВсд - толщина образца внаправлении переносапакета ННЗ, м;- напряженность электрического поля, В/м;И - индукция магнитногополя, Т;те - время задержки сигнала фотолюминесценции, определяемоекак интервал междумоментом максимумалазерного импульса,осуществляющего инжекцию пакета ННЗи моментом максимумасигнала Фотолюминесценции, с.На фиг. 1 представлена схема расположения измерительной установки;на фиг, 2 - осциллограмма процессов.Установка включает полупроводниковый образец 1, снабженный омическимиконтактами, полюса электромагнита 2,источник 3 сильно поглощаемого света(лазер), фокусирующую линзу 4, приемник 5 излучения и осциллограф 6 дляизмерения времени переноса.Сущность предложенного способа сос тоит в следующем:Берут полупроводниковый образец,толщина которого на много превышаетглубину проникновения сильно поглощаемого света и диффизионную длину носителей заряда, На одной из гранейобразца коротким лазерным импульсомосуществляют оптическую инжекциюпакета ННЗ, В отсутствие внешнихполей с противоположной неосвещен(ностью грани никакого сигнала оптического излучения не наблюдается.Это происходит вследствие того, чтоННЗ рекомбинируют вблизи освещеннойповерхности образца, и ввиду сильного самопоглощения рекомбинационноеизлучение практически не доходит дозадней поверхности. При наложениискрещенных Е и В полей происходитдрейф пакета ННЗ к задней поверхности. Дрейф пакета ННЗ имеет амбиполярную природу и, следовательно, дрейфовая скорость определяется подвижностью как основных, так и неосновныхносителей. Концентрация носителейвблизи неосвещенной поверхности ста-.;. З 5новится больше равновесной и появляется сигнал фотолюминесценции с задней поверхности, задержанный относительно момента генерации ННЗ на время переноса пакета ННЗ через толщу 40образца, Из осциллограммы этих процессов (причем для максимума сигналавремя переноса описывается расчетнойФормулой), измеряя время задержки,можно определить подвижность ННЗ, 45(подвижность основных носителей заряда. обычно известна или легко можетбыть определена стандартным методом),Формула справедлива при незамагничи-.вающнх полях, т,е, р О 0 сс 1.Предлагаемый способ справедливпри малых уровнях инжекции ННЗ.Длйтельность лазерного импульса,осуществляющего инжекцию пакета ННЗ,должна быть значительно меньшевремени задержки сигнала фотолюминес.ценции, В этом способе движениеННЗ контролируется не по току основных носителей, как в известном способе, а по сигналу фотолюминесценции,Поэтому отпадает необходимость установки коллекторных контактов наобразце. При этом существенно (напорядок) уменьшается неопределенностьв измерении расстояния, на котороепереместится пакет ННЗ. При оптичесне Е, в/ 0,338 0,327 0,327 270 10 140 3 ф 10 510 Полученные значения подвижностихорошо согласуются с известными дан"ными. кой инжекции используется сильно поглощаемое излучение (коэффициент поглощения Кф 104 см е), следовательно, пакет ННВ возникает в слое толщиной 10 см:1 мкм, тогда как в иэе-4вестном способе приход пакета к первому коллекторному контакту контролируется с точностью до 10 мкм, Также ввиду сильного поглощения излучения приход пакета ННЗ к задней грани определяется с точностью до 1 мкм, а в известном способе приход пакета к первому коллекторному контакту контролируется с точностью до 10 мкм. Также ввиду сильного поглощения излучения приход пакета ННЗ к задней грани определяется с точностью до 1 мкм, а в известном спо- собе приход пакета ННЗ к второму коллекторному контакту определяется с точностью до 10 мкм.Кроме того, в связи с отсутствием коллекторных контактов устраняются погрешности, связанные с шумами и нелинейностью последних, помимо этого упрощается подготовка образцов к .измерениям, устраняется такая сложная технологическая операция, как создание коллекторных выпрямляющих контактов.П р и м е р, Образцы выполняют из нелегированного и- ЗвЬЬс концентрацией нескомпенсированных доноРов М 3 - И, = 1014 см , Толщина пластины составляет 1,510см, Измерения проводят при Т"-140 К.Омические контакты наносят .сплавом индия с теллуром, С помощью держателя образцы устанавливают между полюсами электромагнита, после чего к контактам кристалла подаютэ электрическое поле, На одной из соот" ветствующих граней образца коротким лазерным импульсом генерируется пайет ННЗ. Измерения проводят при оостоянном магнитном поле. Значение (Оощ определено стандартным методом и составляетрос=27,3 м /В,с, Изменрения проводятпри нескольких значениях электрического поля. Результаты измерений и вычислений по формуле приведены в таблице.1056316 Фиг.2Составитель Л.Смирновтор Н.Бобкова Техред И.Гайду Коррек Тигор 9320/49 Тирам 703ВНИИПИ Государственного комитетапо делам изобретений и открытий 113035, Москва, Же 35, Раущская н одпи СССР 4/5 ктная иал ППППатент 11, И.ужгород, ул В известном способе упрощено из.мерение подвижности ННЗ заряда.В предлагаемом способе это упрощение сохраняется, а также расширяется класс исследуемых материалов в сторойу полупроводников с малой диффузионной длиной и упрощается падготовка образца,.