Способ определения энергетического положения уровней дефектных и примесных центров в полупроводниковых и диэлектрических материалах

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 9) (И ННЫЙ КОМИТЕТ СССРОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ГОСУД АРСТПО ДЕЛАМ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ковые электрические материалы кими у Мир, ние образца, вы от глубины зале ают в зависимост я исследуемь энергетических уровн К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт физики АН УССР (72) И.С. Горбань, С.Г. Одулов, О.И. Олейник и М.С. Соскин (53) 621.382(088.8)(56) Бьюб Р. Фотопроводимость твердых тел. М.: Иностранная литература, 1962, с. 558.Милнс А. Примеси с глубо ров нями в полупроводниках. М.: 1977, с. 263.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОЛОЖЕНИЯ УРОВНЕЙ ДЕФЕКТНЫХ И ПРИМЕСНЫХ ЦЕНТРОВ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЬБ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ (57) Изобретение относится к области исследования материалов оптическими методами и может быть использовано для контроля качества полупроводниковых и диэлектрических материалов, используемых в электронной технике. Цель изобретения - расширение области применения способа на полупроводо 4 Н 01 1. 21 66 С О 1 И 21 00 эким квантовым выходом люмин ценции и с большим удельным сопротивлением. Согласно изобретению на поверхности образца создают неоднородно экспонированную картину путем облучения образца, например, интерференционным полем двух когерентныхсветовых пучков. Затем фиксируюттемпературную зависимость глубиныпространственной модуляции показателя преломления при линейном нагревепо изменению дифракционной эффективности, записанной на образце фазовой решетки - голограмме. Искомоеэнергетическое положение уровней, за.даваемых дефектными или примеснымицентрами, определяют по положениюмаксимумов зависимости производноймодуляции показателя преломления оттемпературы. Начальную температуру,при которой производят экспонирова 133067610814 40 45 50 Яапа- зп 29Л сояг 55 Изобретение относится к исследованию материалов оптическими методами и может быть использовано для контроля качества полупроводниковых и диэлектрических материалов, применяемых в современной электронной техцике.Цель изобретения - расширение области применения способа нд полупроводниковые и диэлектрические материалы с низким квантовым выходом люминесценции и с большим удельным сопротивлением.На чертеже представлена температурная зависимость дифракционной эффективности р записываемой голограммы на обрдзце (кривдя 1) и ее производной Ыр/сРт) гр(кривая 2).П р и м е р, Определяют энергетическую структуру дефектных и примесных состояний в кристаллах ниобата лития 1,1 ИЬО, - высокоомном сегнетоэлектрике, обладающем спонтанным пиропробоем. Образец ниобатд лития Х-среза толщиной 2 мм и поперечными размерами бх 6 мм, торцы которого отполированы до оптического качества, помещают в криостдт и охлаждают до 77 К.Освещение производят светом с энергией кванта Е достаточяой для фотовозбуждения электрона с донорного уровня в зону проводимости, при использовании ниобата лития, у которого ширина запрещенной зоны ЕЯ =33 эВ, - в сине-зеленой области спектра, излучением дргонового лазера с длиной волны т =0,48 мкм, для,1которого Е вЕ, с мощностью Р =100 мВт.Освещение образца выполняют двумя когерентными пучками одинаковой интенсичностт, что обеспечивает контраст пространственной модуляции интенсивности в интерференционной картине, близкий к единице. Интенсивность пучков составила примерно 10 Вт/см, что при константе фототЗпроводимости ж =10 Вт Ом см обеспечивает прострднственно модулирован 12 ную фотопрово,;имость ( =10 Ом см намного превышающую темновую проводимость ст этого кристалла, оценивае-ямую вст -10 Ом смТУгол схождения пучков Й выбирают тдк, чтобы период интерференционной 15 0 ( 30 35 картины А = Л /2 з 1 п - был больше деД2бдевской длины экранирования 1 иЪ меньше размеров образца 1 . Для крисо талла 1.1 ИЬО с концентрацией дефектов15И=10 смрасчетное значение 1Э =2 мкм. Отсюда согласно неравенству 1 -1, определяют интервал значений д при размерах образца порядка 1 см: и выбирают угол из этого диапазона. В данном случае =2.Экспонирование светом производят до тех пор, пока дифракционная эффективность 1 решетки, записываемой в кристалле, измеряемая при помощи дополнител.ного тестирующего лазера с неактивным излучением, не достигнет заметной величины, не превышающей 0,01-0,02. В этом случае дифракционная эффективностьоказывается прямо пропорциональной квадрату изменения показателя преломления п, что облегчает пересчет полученных температурных зависимостей.После экспонирования, как и во всех способах определения энергетической структуры по термостимулированным процессам, образец подвергают нагреву; наиболее удобным с точки зрения последующей расшифровкй температурных зависимостей является линейный по времени закон нарастания температуры.В процессе нагрева измеряют зависимость дифракционной эффективности решетки 1 от температуры (кривая 1). Для этого на объемную решетку, возникшую в образце, направляют пучок считывающего излучения гелий-неонового лазера с длиной волны ),=0,63 мкм под углом Брэгга и измеряют интенсивность падающего пучка 1, и дифрагированного 1 ,=1/1 . Для относительных измерений интенсивности используют ФЭУи самопишущий потенциометр ПДП 4-002. По зависимости эффективности от температуры находяттемпературную зависимость измененияпоказателя преломления п (Т) с использованием известной связи: где й - толщина образца.1Е=д. Т Е = - д- иин По полученным данным рассчитывают зависимость температурной производной (д,йТ) (кривая 2).Эта зависимость для материалов с дискретными уровнями имеет четко выраженные максимумы, температурное положение которых Т дает меру энергетической глубины залегания измеряемых уровней Е,где д - коэффициент пропорциональности эмпирического правилаУрбаха.Величина коэффициента д определяется по сопоставлению формы температурной производной для изолированного энергетического уровня. Для конкретных условий исследования она равна с=516 К/эВ. От значения этого ко - эффициента зависит при фиксированной температуре Т, облучения образца та минимальная глубина Е залеганиявинуровней, начиная с которой возможно применение данного способа: Поэтому согласно предлагаемому способу обработку ведут по методу последовательных приближений. На первом этапе при произвольном значении начальной температуры проводят все описанные. действия и находят коэффициент с 6. Затем устанавливают ту начальную температуру, которая необходима для исследования энергетического спектра дефектов и примесей в желаемом диапазоне энергий.Описанная последовательность действия позволила (применительно к ниобату лития) определить две группы центров с энергетическими положениями 0,28 и 0,38 эВ. Использование известного способа для данного материала не позволяет однозначно суцить о наличии уровней в запрещен 15 20 25 30 35 40 45 ной зоне, а лишь указывает вероятный интервал их залегания 0,250,5 эВ. Результаты измерений на кристалле ниобата бария-натрия по предлагаемому способу совпали с точностью дос результатами измерений по известному способу на том же образце. Формула изобретения Способ определения энергетического положения уровней дефектных и примесных центров в полупроводниковых и диэлектрических материалах, включающий облучение образца электромагнитным излучением с энергией кванта, превышающей глубину залегания уровней донорных центров, с последующим нагревом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения на полупроводниковые и диэлектрические материалы с низким квантовым выходом люминесценции и с большим удельным сопротивлением, облучение осуществляют пространственно модулированным электромагнитным излучением, причем среднее расстояние между двумя соседними максимумами в распределении интенсивности выбирают не меньше дебаевской длины экранирования в исследуемом материале, но не больше линейного размера образца, а глубину пространственной модуляции интенсивности облучения выбирают из условия, что наведенное пространственно-неоднородное изменение проводимости не меньше, чем темновая проводимость данного материала, измеряют температурную зависимость глубины пространственной модуляции показателя преломления, осуществляемой в результате облучения, а энеогетическое положение уровней определяют по положению максимумов зависимости производной модуляции показателя преломления от температуры.1330676 Составитель И. Петровичактор М. Келемеш Техред Л.Сердюкова Корректор А. Зимокосов113035, Москва, Ж, Раушск Подписта СССР Проектная, 4 водственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгор Заказ 3587/53 Тираж 698 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и от тииаб., д. 4/5