Способ определения длины диффузии электронов в многокомпонентном полупроводнике

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) ( ) 0321/ 5)5 оиУНЯ ИСА Е К 5 венны венно ни- ьелев р Р)уз. Веч., 1969, ч. 3, р,00 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛИНЫДИФФУЗИИ ЭЛЕКТРОНОВ В МНОГОКОМПОНЕНТНОМ ПОЛУПРОВОДНИКЕ Изобретение относится к области электронной техники, в частности к изготовлению полупроводниковых структур с заданными параметрами (в том числе длиной диффузии электронов), используемых в электронных приборах.Целью предлагаемого способа определения длины диффузии электронов в полупроводнике является упрощение способа при сохранении высокой точности определения длины диффузии электронов в полупроводнике и расширение возможности применения на обьекты, не поддающиеся повороту при облучении.Указанная цель достигается тем, что в способе определения длины диффузии электронов в полупроводнике, включающем(57) Назначение: изобретение относится к области электронной техники. Согласно изобретению образец помещают на держатель, установленный с возможностью поворота его плоскости относительно оптической оси в диапазоне углов 1-10, освещают пучком рентгеновского излучения после предварительной обработки поверхности с помощью активатора, возбуждают фотоэффект г,ри фиксированном значении угла падения рентгеновского пучка на поверхность полупроводника, измеряют величину скачка рентгеновского фотоэффекта на одном из краев рентгеновского поглощения по крайней меодного из элементов, входящих в состав лупроводника и аналитически определядлину диффузии электронов в образце,предварительную обработку поверхности исследуемого полупроводника, обеспечивающую снижение работы выхода электрона на поверхности полупроводника до величины, соо ветствующей состоянию поверхности, характеризуемому отрицательной величиной электронного сродства, возбуждение внешнего. рентгеновского фотоэффекта, измерение характеристики рентгеновского фотоэффекта и определение длины диффузии электронов по формуле, возбуждают рентгеновский фотоэффект при одном угле падения рентгеновского пучка, измеряют величину скачка рентгеновского фотоэффекта, на одном из краев рентгеновского поглощения по крайней мере одного из элементов, входящих в состав по 1823032Возникающие первичные рентгеновские электроны растрачивают свою энергию на возбуждение электрон-дырочных пар, в результате чего возникает каскад медленных вторичных электронов, практически в месте образования первичных быстрых собственно рентгеновских электронов. Как известно, средняя энергия г, затрачиваемая на возбуждение одного тАкого электрона примерно л 3 раза превышает ширину запрещенной зоны полупроводника, Тогда число вторичных медленных электронов ежесекундно возникающих в слое О 2 на глубине 2 равно:6(2) = Щ 2)/ 6.Вторичные электроны, термализуясь и диффундируя в твердом теле, имеют вероятность подойти к поверхности. В соответствии с теорией диффузии электронов в полубесконечном твердом теле, электроны, возникшие на глубине 2 о слое О 2, дойдут до поверхности с вероятностью ехр(-2/Е), где 1 - длина диффузии термализованных электронов. Электроны, подошедшие к поверхности полупроводника, работа выхода которой снижена до состояния отрицательного электронного сродства, илеют определенную вероятность В выхода о вакуум. При этом число электронов, возникших о слое О 2 на глубине 2 и вышедших о вакуум будет равно;Оп = Вб(2)ехр(-2/1)Полное число электроноо, ежесекундно выходящих в вакуум при облучении полупроводника монохроматическим рентгеновским пучком с энергией кванта Е = Ь т, падающим под углом у к поверхности (полный ток рентгеновского фотоэффекта):1 = е / О и = еМ, БА (Ь и)/с гделлт:111)Л. в, 1111, 1яг)- в Л(11;о) -Е (11;о,21 " е Ю ц Ь 1 в) лл(Л,)ЛЛ ХЛт;К(й И - -(1 )1И; ЛЛ ;"ЛС 15где р (Е) - частичный коэффициент поглощенирентгановского излучения с энергией кванта Е атомами 1-того элемента,входяцего о состав полупроводника, /с (Е)20 - линейный коэффициент поглощения рентгеновского излучения с энергией кванта Еполупроводником:Лл Е) =Л 1 Е М - испо впвментов,25=1входящих в состав полупроводника, Р(Е) -вероятность т-того радиационного перехода в атоме 1-того элемента с испусканиемФлуоресцентного рентгеновского кванта сэнергией 1 11 П; при снятии возбуждения,вызоаоого рентгеновским излучением сэнергией кванта Е,1 11, - энергия Флуоресцетного рентгеновского кванта, возникающего при и-том радиационном переходе ватоме 1-того элемента, Й - число возможныхрентгеновских радиационных переходов ватоме 1-того элемента, р,р (Ь тл 1) - усредненный по углам ьыхода флуоресцентного излучения линейный коэффициент поглощения40 полупроводником флуоресцентного излучения с энергией кванта Ь тл) по нормали кповерхности,1 - длина диффузии электронов, у - угол падения рентгеновского пучкана полупроводник,Анализ приведенного выражения для45 полного тока рентгеновского Фотоэффектапоказывает, что при изменении энергии падающего рентгеновского пучка облизи энергии какого либо края рентгеновскогопоглощения какого либо из элементов вхо 50 дящих в состав полупроводника, рентгеновский фотоэффект претерпеваетскачкообразное изменение. Величина скачка рентгеновского фотоэффекта определяется как отношение полных токов55 рентгеновского фотоэффекта до и послекрая рентгеновского поглощения соотоетстоенно;Яг 1(:+ е)/1(Е, -с ) = Л(Е+е )/А(Е -е ), 1823032(де Ел энергия края рентгеновского поглощения, : малая величина энергии, равнаяширине энергетического уровня, соответствующего данному краю по(лощения.Приведенное выражение для скачкарентгеновского фотоэффекта Яг представляет собой уравнение относительно величиныдлины диффузии электронов в полупроводнике. Таким образом, для определениядлины диффузии электроное в полупроводнике достаточно измерить величину скачкарентгеновского фотоэффекта на одном изкраев рентгеновского поглощения одногоиз элементов, входящих в состав полупроводника и получить значение длины диффузии электронов иэ решения уравнения:Бг =- А(Ек + г)/А(Ек - г),где Ь - величина скачка рентгеновского фотоэффекта, измеренная на крае поглощенияодного из элементов, входящих в состав полупроводника, Е( - энергия края поглощения данного элемента, г - малая величинаэнергии, равная ширине энергетическогоуровнн, соответствующего данному краюпоглощения, Функция А(Е) определяетсявыражением (1).Теоретическое исследование связискачков рентгеновского фотоэффекта с длиной диффузии электронов в полупроводнике проведено авторами впервые и влитературе не описано,Способ реализуют следующим образом.Исследуемый полупроводник закг(епляют вдержателе вакуумного прибора, служащегодетектором рентгеновского излучения и содержащего входное окно. прозрачное длярентгеновского излучения и вторично-электронный умножитель, Поверхность исследуемого полупроводника обрабатывают,обеспечивая снижение работы выхода электрона на поверхнос 1 и до величины, соответству(ощей состоянию поверхности,характеризуемому отрицательным электронным сродством. Затем на исследуемыйполупроводник воздействуют рентгеновским излучением, возбуждающим в полупроводнике рентгеновский фотоэффект.Регистрируют полный ток детектора. Измеряют величину скачка рентгеновского фотоэффекта на одном из краев рентгеновскогопоглощения по крайей мере одного из элементов, входящих в состав полупроводника.Длину диффузии электронов в полупровЬднике находят иэ решеия уравнения,П ример.Для определения длины диффузии электронов в зпитаксиальном слое полупроводника баР тот слой помещают в вакуумныйприбо; с окном из бериллия, прозрачным;1Р 1 для рентгеновского излучения, содержащийвторично-электронный умножитель и источники цезия и кислорода, Слой закрепляютна держателе под углом р= 5 оптической5 оси прибора, таким образом, что исследуемый полупроводник служит рентгеновскимфотокатодом. Работу выхода поверхностиполупроводника снижают до величины, соответствующей состоянию поверхности, ха 10 рактеризуемому отрицательной величинойэлектронного сродства, известным методомадсорбции цезия и кислорода. Затем на поверхность слоя напрэвляют пучок рентгеновского излучения вдоль оптической оси15 прибора и с помощью самопишущего прибора ЛКД - 4 - 003, подключенного к измерителю токов У 5 - 6 измеряют величину скачкарентгеновского фотоэффекта на К-крае поглощения галлия 5 г. В примере она состав 20 ляет Яг - 1,86. В качестве возбуждающегорентгеновский фотоэффект излучения используют тормозное излучение стандартной рентгеновской трубки БСВсмолибденовым анодом. Выделение рентге 25 новского пучка с энергией, близкой к энергии К - края поглощения галлияпроизводится рентгеновским спектрометром - монохроматором. Значение длиныдиффузии электронов в полупроводнике30 получают решая уравнение:5 г-А(Ек+ к)/А(Е(- е),где Ек - энергия К - края поглощения галлия,Е = 10366,5 эВ е - малая величина -энергии, равная ширине энергетического уров 35 ня, соответствующего К-краю поглощения1823032 10 где: р (Е) - частичный коэффициент поглощения рентгеновского излучения с энергией кванта Е атомами 1-того элемента, входящего в состав полупроводника, значения величин известны из таблиц и для ОаР 5 равны и 1(Еь+ е) - 671,28 см 1,и 1(Е -е ) = 83,574 см р 2 (Е + е) - р 2 (Е -Е ) - 44,468 см соответственно для Оа и Р р(Е) - линейный коэффициент поглощения рентгеновского излучения с энергией кванта Е 10 полупроводником;Р(Е) =, й Е) ее - число элементов, входящих в состав полупроводника, в примере М "2, И - число возможных рентгеновских радиационных переходов в атоме 1-того элемента, в полупроводнике, исследуемом в примере существенный вклад в перераспределение энергии падающего 20 излучения по глубине полупроводника дает только К-флуоресценция, поэтому ограничиваются рассмотрением только К-флуоресцентных переходов и И 1 " 1 Ь п - энергия флуоресцентного рентгеновского 25 кванта, возникающего при гп-том радиационном переходе в атоме 1-того элемента, энергии К - флуоресцентных квантов Са и Р соответственно равны и И - 9252 эВ и и 2-2014 эВ, Ра(Е) - вероятность гл-того 30 радиационного перехода в атоме 1-того элемента с испусканием флуоресцентного рентгеновского кванта с энергией пил при снятии возбуждения, вызванного рентгеновским излучением с энергией кванта Е, зна чения Р 1 П(Е) для К в флуоресцентн переходов исследуемого в примере полупроводника приведены в таблице:Е Еи+е Ь(-г у 1 п 5 1 Ъп Р 1 в(Е) 0,413 0 0 0 40 Ргт(Е) 0 86 0 86 О 86 0,86Рср (ь 1 к) - усредненный по углам выхода флуоресцентного излучения линейный коэффициент поглощения полупроводником флуоресцентного излучения с энергией кванта и тщ по нормали к поверхности, полагают ср (Ь с) = О,Е Iср (Ь 13 с), 3 - дл ина диффузии электронов,Рассчитанная величинасоставляет 1,40 мкм с точностью 0,05 мкм,Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключается в упрощении способа и в возможности определения длины диффузии электронов в полупроводниках, не поддающихся повороту при облучении, что позволяет применять способ и устройство в электронной технике для определения длины диффузии электронов в полупроводнике в стандартных вакуумных приборах с полупроводниковыми фотокатодами на всех этапах контроля полупроводниковых приооров,Формула изобретения Способ определения длины диффузии электронов в многокомпонентном полупроводнике, включающий предварительную обработку поверхности полупроводника, обеспечивающую снижение работы выхода электрона до величины, соответствующей состоянию поверхности, характеризуемой отрицательной величиной электронного сродства, возбуждение внешнего рентгеновского фотоэффекта и определение длины диффузии электронов расчетным путем, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения способа, рентгеновский фотоэффект возбуждают при одном угле падения рентгеновского пучка, измеряют величину скачка тока рентгеновского фотоэффекта на одном из краев рентгеновского поглощения по крайней мере одного из элементов, входящих в состав полупроводника, по которой рассчитывают длину диффузии электронов. Составитель А,АндрющенкоТехред М,Моргентал Корректор С,Лисина Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2181 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям пои ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5