Способ определения параметров полупроводников методом эффекта холла

712987 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 Н 0121/66 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМ элект сник н, В, В уратов ль .Г АЬзогрбоп о 1 ЕЕЕ Тгапз.980, р. 10 - 14. ения эффекта 23-24.Я ПАРАМЕТВ МЕТОДОМ ровод- Й - коэффициент отражения излучения;и мо- с - толщина пластины,ления Считая, что каждый квант поглощающегосяцент- излучения приводит к рождению свободного носителя заряда, находят сечение фоточения ионизацииполу- ВАРЬ =а/Ирении где Мо - концентрация примесных центров.ия из Известный способ имеет следующие негласно достатки: высокие требования к параллельлупро- ности граней пластины ( 1 ) и качеству ихобла- обработки; низкая точность, связанная с нееряют обходимостью учета отражения излученияедше- от освещенной и неосвещенной гранейеделя- пластины; необходимость использованияия по,дорогостоящей оптической техники (спектрометров, оптических криостатов и т,д,); неР обходимость привлечения дополйительных1 (") методов определения уровня легированияполупроводника, например метода эффекта Изобретение относится к полуп никовой технике и фотоэлектронике жет быть использовано для опреде сечения фотоионизации примесных ров в полупроводниках. Известен способ определения се фотоионизации примесных центров в проводниковых, основанный на изме коэффициента иопускания излучен области примесного поглощения, со.которому освещают поверхность по водниковой пластины излучением из сти примесного поглощения, изм интенсивности падающего (о) и прош го ( 1) через образец излучения и опр ют коэффициент поглощения излучен формуле(1 Р) а= - фп " +1, т +Е:Е 27 Я: Р 2 412 Р 4 где.г = 1/о - коэффициент и ропускания, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Институт радиотехники иАН СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОЭФФЕКТА ХОЛЛА(57) Изобретение относится к полупроводниковой технике и фотоэлектронике и может быть использовано для контроля параметров полупроводников. Цель - обеспечение возможности определения сечения фотоионизации примесных центров. Образец снабжают двумя токовыми контактами и четырьмя потенциальными зондами, Воздействуют на охлажденный образец магнитным полем с одновременным облучением поверхности. Измеряют ЭДС Холла. Пере- ориентируют магнитное поле и регистрируют изменение разности потенциалов между токовым контактом и потенциальным зондом при выключении магнитного поля. Рассчитывают параметры полупроводника по формулам. 2 ил.Холла, при нахождении сечения фотоиониза ции.Наиболее близким к предлагаемому является способ определения параметров полупроводников, основанный на измерениях эффекта Холла.в условиях подсветки. Этот способ используется для определения подвижности носителей заряда в высокоомных материалах, в частности в широкозонных полупроводниках или полупроводниках при низких температурах,Согласно известному способу снабжают образец двумя токовыми контактами и тремя потенциальными зондами, расположенными на противоположных торцовых и боковых гранях образца, перпендикулярных его поверхности, соответственно; задают электрический ток 1; помещают образец в магнитное поле В, ориентированное перпендикулярно его поверхности; освещают образец излучением из области примесного поглощения; измеряют ЭДС Холла Чн между потенциальными зондами, расположенными на противоположных боковых гранях; измеряют разность потенциалов Чг между двумя потенциальными зондами, расположенными на одной боковой грани; определяют подвижность носителей заряда,и по формуле(2) где с - расстояние между потенциальными зондами для измерений Чо;Ь - ширина образца,Недостатком способа является невозмокность определения с его помощью сечения фотоионизации.Цель изобретения - обеспечение возмокности определения сечения фотоионизации примесных центров,Поставленная цель достигается тем, что согласНо способу определения параметров полупроводников методом эффекта Холла, включающему пропускание электрического тока в образце, снабженном двумя токовыми контактами и тремя потенциальными зондами, расположенными на противоположных торцовых и боковых гранях образца, перпендикулярных его поверхности, соответственно, расположение образца в магнитном поле В, ориентированном перпендикулярно его поверхности, освещение поверхности образца излучением из области примесной подсветки и измерение силы тока между токовыми контактами, падения напряжения Ч между потенциальными зондами, расположенными на одной боковой грани, и ЭДС Холла Чн между потенциальными зондами, расположенными на противоположных боковых гранях, образецснабжают дополнительным потенциальнымзондом, расположенным на поверхности,противоположной освещаемой, охлаждают5 образец до температуры, при которой равновесная концентрация носителя заряда и,много меньше концентрации компенсирующих примесей М, устанавливают интенсивность излучения так, чтобы фоновая10концентрация прь - удовлетворяла усцЧнбловию по прьйк(ц - элементарный заряд;б - толщина образца), определяют подвиж 1/ с15 ность носителей заряда,и =- -- гдеБЫЬвыбирают магнитную индукцию из условиядВ+:1, измеряют ЭДС Холла Чн, ориентиру ют магнитное поле В параллельно освещаемой поверхности образца иперпендикулярно электрическому току, измеряют разность потенциалов между дополнительным зондом и одним из токовыхконтактов, убирают магнитное поле, регистрируют изменение данной разности потенциалов Ь Ч и определяют искомыепараметры, глубину оптической генерацииносителей заряда г, и сечение фотоионизации орь из выражений;30 - , - =1 -- , +(ехр(7) - 1р = 1(.),где Мо - концентрация основной легирующей примеси в полупроводнике,На фиг. 1 показаны образец для измерения глубины оптической генерации носителей заряда и сечения фотоионизациипримесных центров; на фиг. 2 - блок-схемаустройства для реализации способа.Устройство содержит образец 1, токовые контакты 2 и 3, потенциальные зонды 4,5 и 6, дополнительный зонд 7, размещенныйна нижней поверхности образца, источник 8напряжения, измеритель 9 силы тока, измеритель 10 ЭДС Холла Чн, измеритель 11 па 45 дения напряжения между потенциальнымизондами Чизмеритель 12 разности потенциалов между дополнительным зондом и токовым контактом (стрелками указанынаправления ориентацйи магнитных полейВ и В, волнистые стрелки указывают на правление падающего на образец излучения).Способ реализуется следующим образом.Снабжают образец 1 двумя токовымиконтактами 2 и 3 и тремя потенциальнымизондами 4, 5 и 6, расположенными на противоположных токовых и боковых гранях образца, перпендикулярных его поверхности,соответственно. Снабжают образец 1 дополнительным потенциальным зондом 7,расположенным на поверхности, противоположной освещаемой, Пропускают электрический токчерез образец посредством 5источника 8 напряжения. Величинаопределяется электрическим полем в образце,при котором несущественен разогрев носителей заряда (например, для германия икремния это поле не боле 1 В/см), 10Помещают образец в магнитное поле В,ориентированное перпендикулярно его поверхности. Охлаждают образец до температуры Ти из области вымораживания.примеси, при которой равновесная концентрация носителей заряда по заведомо многоменьше концентрации компенсирующейпримеси К. Температуру Ти можно оценить, исходя из ориентировочно известныхзначений концентрации основной (Ко) и 20компенсирующей (К) примесей:ТиЕ/К 1 п . ( " (3)сй,где Ео - энергия ионизации основной примеси;,9 - кратность ее вырождения;Йс, - эффективная плотность состояний в зоне основных носителей заряда;с - постоянная Больцмана.Освещают поверхность образца излучением из области примесного поглощения.Измеряют ЭДС Холла Чн измерителем10, падение напряжения между потенциальными зондами Чст измерителем 11 и силутокаизмерителем 9 и вычисляют подвижность носителей заряда,и по формуле (2) иих фоновую концентрацию прь с помощьювыраженияпрь =В(4) 40сЧнбУстанавливают интенсивность излучения, исходя из условияпо прКкП ри этом условии концентрация носителей заряда п(2) распределена по толщинеобразца в соответствии с интенсивностьюпоглощающегося излучения (2):п(2) = (2) Ио Орь 7, (5)где т = 1/(Кк Д - время жизни фотоносителей;Р - коэффициент их захвата.Устанавливают магнитную индукциюВизусловия,и В.1, При этом измененияплотности тока и тянущего электрическогополя, обусловленные возникновением холловского поля, оказываются несущественными (-р В ).При выбранном магнитном поле измеряют ЭДС Холла Ч, между потенциальными зондами, расположенньми на противоположных боковых гранях образца. Изменяюториентацию магнитного поля так, чтобы оностало параллельнымосвещаемой поверхности образца. Измеряют разность потенциалов между дополнительным зондом,расположенным на поверхности, противоположной освещаемой, и одним из токовыхконтактов измерителем 12. Убирают магни;ное поле, Регистрируют изменение разности потенциалов ЛЧ. Определяемая такимобразом в условиях слабого магнитного поля (,и В 1) величина ЛЧ равна холловскому потенциалу неосвещаемой поверхностиобразца,Рассчитывают сечение фотоионизациипо формулеОрь = 1/(ЙоВ), (6)где - глубина оптической генерации, определяемая из соотношения= 1 -- + ехр( - ) - 1 (7)ЛЧ Г сс Ч бП р и м е р. Исследуют образец кремнияс концентрацией галлия йо -- 1,14 10 см17 -3и толщиной б = 0,1 см. Токовые контакты кобразцу изготавливают посредством втирания алюминия при температуре эвтектики(Т =500 С), а потенциальные - с использованием искрового подлегирования приконтактных областей: между образцом кремнияи алюминиевой фольгой создают искровойразряд, при котором в кремний вплавляюталюминиевые капли.Образец охлаждают до температурыТи = 25 К, при которой равновесная концентрация носителей заряда по=.1,6 10 см . В8качестве регулируемого источника ИЕ-излучения используют СОг-лазер ( 1=10 мкм).Интенсивность излучения выбирают такой,чтобы концентрация фотоносителей прь составляла - 6,8610 см з и была заведомоменьше концентзоации компенсирующихпримесей И 10 см . Измерения выполняют в магнитном поле В = 0,02 Тл. С помощью ЭДС Холла, измеренной междупотенциальными зондами, расположенными на боковых гранях образца, определяютхолловскую подвижность носителей заряда,и= 29300 см /В с. Установлено, что в данных условиях требование,и В 1 выполняется, т.е. В = В.Из измерений разности потенциаловмежду дополнительным зондом и одним изтоковых контактов в процессе измененияориентации магнитного поля определяютвеличину - = 0,635. С использованиемЬЧформул (6) и (7) находят 0,059 см и ори1,49 10 см1712987 25 Формула изобретения Способ определения параметров полупроводниковв методом эффекта Холла, включающий охлаждение образца, пропускание электрического тока через образец в виде и ря моугол ьной пластины, снабжен н ый двумя токовыми контактами и тремя потенциальными зондами, расположенными на противоположных торцовых и боковых гранях образца соответственно, воздействие на образец магнитным полем, перпендикулярным поверхности, облучение поверхности образца светом с энергией квантов из области примесного поглощения, измерение ЭДС Холла и расчет параметров, о тл и ча ю щи й с я тем,что,с цельюобеспечения возможности определения дополнительно сечения фотоионизации, на поверхности образца, противоположной освещаемой, устанавливают потенциальный зонд, охлаждают образец до температуры, при которой концентрация носителей заряда по много меньше концентрации компенсирующей примеси Мь устанавливают интенсивность излучения из условияпои ри Й 1где прь - фоновая концентрация носителей5 заряда,величину магнитного поля В устанавливаютиз условия,и Вс 1,где,и- подвижность носителей заряда,повторно измеряют ЭДС Холла Ч, ориенти 10 руют магнитное поле перпендикулярно облучаемой поверхности образца иперпендикулярно протекающему черезобразец току, регистрируют изменениеразности потенциалов Ю/ между дополни 15 тельным зондом и одним.из токовых привыключении магнитного поля и рассчитывают сечение фотоионизации орь по формуле-- =1 -Ь М 1Ч борька+ ехр(бпрьйо) - 120 где Ь, б - ширина и толщина образца соответственно;Ко - концентрация основной легирующей примеси в полупроводнике.1712987 3 4 0 Составитель А,ШафраТехред М.Моргентал дактор Л.Веселовская орректор Т.Малец роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 аказ 539 ВНИИПИ Госу Тиражвенного комитета по и 113035, Москва, Ж,Подписноебретениям и открытиям при ГКНТ Саушская наб., 4/5