Способ определения потенциалов на границе раздела в полупроводниковых структурах

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Оавдее Д А 9) 51) 4 Н 01 Ь 21/66 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЛЬСТВУ ТОРСКОМУ СВИ ектроьство СССР1/66, 1981.(57) Изобретепроводниковойиспользовано циалов на грапроводниковых ся к полуможет бытьения потенла в полуе относи техник для. опреде ицах разд структура ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт радиотехники иники АН СССР(56) Авторское свидетелВ 1001236, кл. Н 01 1 2 54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛОВА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА В ПОЛУПРОВОДНИКОЫХ СТРУКТУРАХ изобретения является расширение фун циональных возможностей путем обеспечения возможности определения потенциалов на нескольких границах раздела в многослойных полупроводни ковых структурах. Многослоиную структуру облучают импульсами света сэнергией квантов, устанавливаемойтаким образом, чтобы при каждом следующем импульсе количество слоев, поглощающих свет, увеличивалось наодин. При этом на зависимостях фотоЭДС структуры от времени появляются характерные изломы, по которымможно разделить эти зависимости нанесколько участков. Экстраполируяэти участки до пересечения с осьюфотоЭДС, получают значения потенциалов на границах раздела структурыпо отрезкам, отсекаемым на оси фотоЭДС. 2 ил.12971 Изобретение относится к полупро-водниковой технике и может быть использовано для определения потенциалов на границах раздела в полупроводниковых структурах. 5Цель изобретения - расширение Функциональных возможностей путем обеспечения возможности определения потенциалов на нескольких границах раздела в многослойных полупроводни ковых структурах.На фиг. 1 приведена энергетическая диаграмма полупроводниковой структуры и А 1 Са Ая - СаАя-СаАя;0, 0 п15 на Фиг. 2 - полученные экспериментально зависимости фотоЭДС Ч от времени С.На фиг. 1 и 2 обозначены величины потенциалов (изгибов зон) ( р ,(р энергия квантов возбуждающего света Ьд, энергия, соответствующая дну зоны проводимости Еь, энергия, соответствующая потолку валентной зоны Е; зависимость ф ТОЭДС Чр от времени с 25 при облучении структуры светом с энергией квантов ЬЫ, лежащей в интервале Е, с Ьи(Е , - кривая 1; зависимость фотоЭДС Ч,р от времени С при облучении структуры светом с энергией квантов МЕСцоЗ а б кривая 2; где Е- ширина запрещенной зоны Са Ая; ЕОз О 0 л з 35 ширина запрещенной зоны А 1 Сао Ая; значения фотоЭДС, полученные экстраполяцией участков зависимости Ч от времени й к моменту начала (г.=0) светового импульса - Ч, Ч, Чз.40 П р и м е р. Способ был использован дхй определения потенциалов на границах раздела в полупроводниковой структуре и А 1 ., Са Ая - Са Ая - 15 Са Ая, предназначенной для создания сверхбыстродействующих транзисторов.Источником импульсного света служила фотовспышка, имеющая в импульсе длительностью 3 200 мкс номинальную 50 электрическую энергию "36 Дж. Необходимую энергию квантов светового импульса обеспечивали с помощью светофильтров. Временную зависимость ФотоЭДС регистрировали на запоминающем осциллографе С 8-17, Определение потенциалов на границе раздела структуры осуществляется следующим образом.На структуру подается напряжение 33 2смещения (Ч, ), Затем она освещается импульсом света с энергией квантов Е с Пса сЕ.р д , большейфСО Да ол аа э ф лишь ширины запрещенной зоны самого узкозонного материала (Са Ая, фиг.1), и с интенсивностью, достаточной для достижения фотоЭДС насыщения, и измеряется временная зависимость фотоЭДС Ч,р (е) (фиг. 2), на которой четко вйдны характерные участки и изломы.При таком освещении наличие трех характерных участков и двух резких изломов между ними (фиг, 2, кривая 1) свидетельствует о спрямлении барьеров с, суй в Са Ая и последовательном достижении насыщения связанных с ними барьерных фотоЭДСВ области первого излома достигает насыщения фотоЭДС от барьера Ч . Поэтому, экстраполируя участок зависимости Чпосле первого излома к моменту начала светового импульса при с=0, находим су =ц Ч =0,22 эВ, где и - заряд электрона. Экстраполяцией участка зависимости Ч (1:) после второго излома определяем (у =0,26 эВ.Постоянная времени нарастания барьерной фотоЭДС прямо пропорциональна,произведению барьерной емкости на величину фотоЭДС насыщения и обратно пропорциональна количеству поглощаемых фотонов в области собирания фотоносителейОтличительной чертой кривой роста фотоЭДС является резкий переход от участка нарастания (безинжекционный режим) к стационарному значению. Переходный участок составляет интервал порядка теплово-го напряженияКТ/ц, где К - постоянная Больцмана, Т - температура полупроводниковой структуры, и на графике воспринимается как излом на кривой роста. Поэтому наблюдаемое прн освещении полупроводниковой структуры суммирование нескольких барьерных фотоЭДС, практически всегда имеющих разные постоянные времени нарастания, и приводит к нескольким характерным участкам и нескольким изломам на временной зависимости фотоЭДС структуры. Меняя интенсивность светового импульса и направление освещения структуры, можно изменить соотношение между постоянными времени нарастания ФотоЭДС от разных барьеров.После определения потенциалов изгибов зони Ч на границах са 3 12971 мого узкозонного материала - Са Аз полупроводниковая структура освещается импульсом света с энергией квантов ЬЯ ЕА АзЕ . , поо,з оо 7 5 ЙО "5 глощаемых в двух полупроводниковых 5 материалах Са Аз и А 1 з Са Аз. При таком освещении происходит спрямление зон в обоих материалах и на временной зависимости фотоЭДС наблюдаются четыре характерных участкаи три10 излома, обусловленных последовательным достижением насыщения фотоЭДС от барьеров ( с и с (фиг. 2, кривая 2). Экстраполируя характерные участки зависимости Ч (с) после каж 15 дого излома к моменту начала светового импульса при С=О и уже зная р и (з, находим величину с, = О, 11 эВ.Таким образом, найдены потенциалы (изгибы зон) на границах раздела трехслойной полупроводниковой структуры. Аналогично проводится определение потенциалов на границах раздела и при большем количестве полупро водниковых слоев.ф о р м у л а изобретенияСпособ определения потенциалов нао границе раздела в полупроводниковых 33 4структурах по авт. св. В 1001236, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей путем обеспечения возможности определения потенциалов на нескольких границах раздела в многослойных полупроводниковых структурах, импульсное освещение производят столько раэ, сколько различающихся по ширине запрещенной эоны материалов слоев содержит полупроводниковая структура, причем энергию квантов света при каждом последующем импульсе освещения устанавливают больше ширины запреденной зоны последовательно каждого из этих материалов слоев из условия увеличения числа поглощающих материалов слоев на один, при каждом импульсе освещения измеряют зависимость фотоЭДС от времени до ее насыщения, экстраполируют участки полученных зависимостей после каждого излома к моменту начала импульса освещения и по полученным значениям фото ЭДС определяют потенциалы на границах полупроводниковых материалов структуры.1297133 Составитель Л, Смирнежнина Техред В.Кадар рректор Е. Рощк Редакто Заказ 786 комит и отк/56 Тираж 699ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений 113035, Москва, Ж, Раув Подписа СССРтий