Способ определения параметров примесейцентров b полупроводниковых материалах

Оп ИКАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕПЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 010676 (21) 2366819/18-25КзО 01 К 27/00 0 01 й 31/26 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(0888) Дата опубликования описания 230381(71) Заявитель Ленинградский институт ядерной физики им.Б.П.Константинова(54) СПОСОБ. ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРИМЕСНЫХ ЦЕНТРОВ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛАХ изобретение относится к контролю качества полупроводниковых кристаллов, может быть использовано в производстве полупроводниковых материалов и приборов, а также при изучении параметров примесных центров в полупроводниках,Известен фотомагнитный способ определения электрофиэических свойств полупроводника, который позволяет найти энергетическое положение примесного центра (Ес,) и отношение коэффициентов рекомбинации электронов и дырок ( я (Р ) (1)15Однако он не применим для низко" омных полупроводников.Известен способ измерения емкости р-и перехода, позволяющий опреде" лить энергетическое положение Ео,и концентрацию примесных центров (М) (2), Он может быть использован для полупроводниковых материаловнезависимо от величины и типа их проводимости;25Однако с его помощью невозможно определить одновременно несколько исследуемых параметров.Известен способ определения параметров wримесных центров в полупроводниковыхматериалах, который позволяет одновременно определить энергетическое положение (ЕП), концентрацию (М) примесных центров и коэффициент рекомбинации на нем электро" нов (3). Данный способ состоит в измерении зависимости генерационного тока объемного заряда р-и перехо да от времени.Этот способ не дает возможности определить оба рекомбинационных параметра п и ур для центров, термическая ионизацйя которых приводит к появлению основных носителей заряда (монополярная терМическая генерация). Известен способ определенияэлектрофизических параметров примесных центров в .полупроводниковых материалахзаключающийся в подаче на р"п переход напряжения различных полярностей и измерений зависимости генерационного тока объемного заряда р-и перехода от времени (4.С помощью этого способа невозможно определить сразу три параметра примесных центров - их энергетическое положение, концентрацию примесных центров и коэффициенты рекомбинации электронов и дырок. Он позволяет произвести,лишь сравнительный анализ,",01 РЧ-З 0 Л1 г.тФ 1 пр 1 Ч) о -1 "пр "оь р= 1 гт Ф "пРЗ АКТЧ 10оьр е б) лярная термическая ген ь величия объемжимЕ,.тока рекомби озарядачения, на прямогои ампли 2 ) г,т Ф 1 "оьрМ- ед ч 1 1- в- -,п 1)СоЕ, = К 1 гП+21, Ж) 2, 01 оо)1р ,)1 гт о)Ф полупроводниковых материалов с уже известными свойствами,Цель изобретения - одновременное определение энергетического положения примесного уровня, концентрации примесньиР центров и коэффициентов рекомбинации электронов и дырок.Это достигается тем, что на р-и переход подают последовательность раэнополярных прямоугольных импульсов, длительность обратного импульса выбирают достаточной для установления стационарного значения генерационного тока, амплитуду прямого импульса изменяют в диапазоне15сЧЕ пР к где К - постоянная Больцманау0)Р - амплитуда прямого смещения;Чк - контактная разность потенциалов,а длительность его выбирают такой,чтобы генерационный ток был максимальным, и определяют параметры порасчетным формулам.На контролируемом материале соэдают асимметричный р-и переход иприкладывают к этому переходу обратное смещение; Обратное смещение должно быть таким, чтобы концентрациясвободных носителей в области объем- ЗОного заряда перехода была равна нулю,Оценки показывают, что обратное смещение должно определяться из соотношения35 Далее снимают зависимостны генерационного тока слоного заряда от времени в рекороткого замыкания, Когданационный ток слоя объемногдостигает стационарного зна.р-и переход подают импульссмещения длительностьютудой где К - постоянная Больцмана;Т - температура, ОК;Ппгг 1 - амплитУДа пРЯмого смеЩениЯ;Ч - контактная разность потенциалов.По истечении времени т.пр переходят.к первоначальной полярйости прежней амплитуды и измеряют зависимость генерационного, тока слоя объем-. ного заряда от времени при различных значениях амплитуды импульса прямого смещения. Время, в течение которого прикладывают прямое смещение 1 пР, выбирают таким образом, чтобы удлинение прямого импульса не вызывало изменения величины генерационного тока слоя объемного заряда.Величины М, ЕС п, )Г р определяют из следующих соотношений:а) монополярная термическая генерация2 ) г.т 1 ОЛ оьро Ч) -д о)60 б 430 су и 1 щ СТ Формула изобретения Еактз Ги Юр 1 з,где рРчм Ми П) ) пр Где Э (О) - плотность генерационео-г,тго тока в момент С=Опосле приложения обрат.ного смещения;3 (О) - плотность генерационно);тго тока в момент 1=0после приложения обратного смешения при предварительном импульсепрямого смещения дли- .,тельностью с.пр,с 1,0) - толщина слоя объемногозаряда р-и перехода вравновесии;Й(Ч) - толщина слоя объемногозаряда при обратном смещении;С эффективная плотностьсостояний в С-зоне;Епр - постоянная времени заполнения примесных центров во время прямого 20смещения;Р(Ч) - эффективная плотностьсостояний в Ч-зоне;ЬЕ - ширина запрещенной зоныГоьр - постоянная времени изменения генерационноготока слоя объемного заряда;и концентрация электроновв области объемного заряда во время прямогосмещения;Р концентрация дырок вобласти объемного зарядаво время прямого смещения.Если приложенное к р-и переходуобратное смещение таково, что концентрация свободных носителей в области объемного заряда равна нулю, 4 Орекомбинация отсутствует, и величина генерационного тока определяетсятолько процессом термической ионизации.После этого через р-и переход втечение времени Р пропускают45ток в прямом направлении; при этомконцентрация электронов на примесныхцентрах изменяется по закону:а) монополярная термическая генерация1 р=3 и и "ярб) биполярная термическая гене- рация бОР Р 1 е УиИ 1" 0 БР еР 6 ".+ гдеЕО -ЕЕ-ЕарКТпР УпСЕ ЕРЯ " У иРКонцентрация электронов и и дырок Р в зонах определяется следующим образом;-Р) пр Пир=; п-РЕОРр Здесь )- плотность тока при пряПРмом смещении;Эр и Ь в . коэффициент диФфузии идлина диффузии дырок ви пслупроводнике.При длительностях прямого импульса 1 пр ) ,пр концентрация электронов на примесном центре достигает стационарного значения, равного в случаеа) монополярной термической гене- рациии е ИистКосм ) пи+ пр б) биполярной термической генерацииьЕ-Еп ьЕ-Ео ктТаким образом, если по истечении времени 1 ир на переход подать обратное смещение прежней амплитуды, будет наблюдаться генерационный ток слоя объемного заряда., обусловленный изменением заполнения примесных центров во время прямого смещения. Снимают зависимость величины этого тока от времени при различных амплитудах прямого смещения, иными словами, при различных значениях Ии р можно определить постоянную времени спр. Тол" щина слоя объемного заряда определяется из измерений емкости р-и перехода,. На чертеже показаны графики изменений напряжения и тока на исследуемом переходе при определении параметров примесных центров в полупроводниковых материалах. Способ определения параметров примесгых центров в полупроводниковых материалах, заключающийся в подаче на р-и переход напряжений различных полярностей и измерении зависимости генерационного тока объемного заряда р-перехода от времени,о т л и ч а . - о щ и й с я тем, что, с целью одновременного определения энергетического положения примесного уровня,606430 концентрации примесных центров и коэффициентов.рекомбинации электронов и дырок на р-и переход подают последовательность разнополярных прямо. угольных чмпульсов, длительность обратного импульса выбирают достаточной для установления стационарного значения генерационного тока, амплитуду прямого импульса изменяют в диа- пазоне КТв пР к где К - постоянная Вольцмаиа;Упр - амплитудапрямого смещения;Чконтактная разность потенКциалов,Составитель З.ЧелнаковКолодцева Техред Е.Гаврилешко Коррект акт.Назарова,Заказ 1651/45ВНИИ 1130 Тираж Государс делам из Москва,907 Подпиенного комитета СССРретений и открытий-35, Раушская наб.,д.4/5 сно Патент", г.ужгород, ул.Проектна илиал Ъ ъ ,ь о ь ь -ф а длительность его выбирают такой,чтобы генерационный ток был максимальным, и определяют искомые параметры по расчетным формулам. 5 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Равич Ю.И. Фотомагнитный эффектв полупроводниках и его применение.М.,"Советское радио", 1967, с.40р 2. Патент Франции 9 2070385,кл. 0 01 й 31/00.3. Бо 1 Ы, Яа 1 е Е 1 есгоп 1 сз,. 1970,Ч 13, Р.773-776,4. Патент США 9 3859595,5 кл. 3.24/158, 06,12.73,