Способ определения длины диффузии электронов в многокомпонентном полупроводнике

(ГОСПАТЕНТ СССР) ИСАНИЕ ИЗ ВТОРСКОМУ СВИДЕ(71) Ленинградский государственный университет и Научно-производственное обьединение "Электрон"(56) 1.Я,ЕзЬег. 1.Арр 1. Р 1)уз. 1913, ч, 44, М 1,р. 525.1 Ю/.1 агпез. Роуз. Веч., 1969, ч. 183. р, 740,Авторское свидетельство СССРМ 1485321, кл, Н 011 21/66, 1987,Изобретение относится к области электронной техники, в частности к изготовле- нию полупроводниковых структур с заданными параметрами (в том числе длиной диффузии электронов), используемых в электронных приборах.Цель предлагаемого способа определения длины диффузии электроноо в полупроводнике является повышение точности определения длины диффузии электронов в полупроводнике.Указанная цель достигается тем, что в способе определения длины диффузии электронов в полупроводнике, включающем предварительную обработку поверхности исследуемого полупроводника, обеспечивающую снижение работы выхода электрона на поверхности полупроводника до величины, соответствующей состоянию поверхности, характеризуемому отрицательной(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛИНЫ ДИФФУЗИИ ЭЛЕКТРОНОВ В МНОГО- КОМПОНЕНТНОМ ПОЛУПРОВОДНИКЕ (57) Сущность изобретения: поверхность полупроводника предварительно обрабатывают для снижения работы выхода электронадо величины, соответстоующей состоянию поверхности, характеризуемой отрицательной величиной электронного средства. Возбуждают внешний рентгеновский фотоэффект. Определяют зависимость изменения величин Фотоэффекта от угла падения рентгенооского пучка, по которой рассчитывают длину диффузии электроноо. величиной электронного сродства, возбуждение внешнего рентгеновского фотоэффекта, измерение характеристики рентгеновского фотоэффекта и определение длины диффузии электронов по формуле, возбуждают рентгеновский фотоэффект на одном из краев рентгеновского поглощения по крайней мере одного из элементов, входящих в состав полупроводника, изменяют угол падения рентгеновского пучка на поверхность полупроводника, регистрируют полныйток рентгеновского фотоэффекта, контролируют величину скачка рентгеновского фотоэффекта, измеряют величину угла падения рентгеновского пучка на поверхность полупроводника, при котором исчезает скачок рентгеновского Фотоэффекта и определяют длину диффузии электронов из решения уравнения:А(Ек+ е)-А(ЕК-е ),1823033 эффициент поглощения полупроводником флуоресцентного излучения с энергией кванта Ь 1 у 1 р по нормали к поверхности, 1 - длина диффузии электронов, ъ - угол 5 падения рентгеновского пучка на полупроводник, отсчитываемый от поверхности, при котором исчезает скачок рентгеновского фотоэффекта.Существенность отличий заявляемого 10 способа обусловлена характером физических процессов, протекающих в полупроводнике со сниженной работой выхода при облучении потоком рентгеновских квантов и эмиссии возбужденных электронов в ваку умЕсли монохроматический пучок рентгеновского излучения с интенсивностью .10 - ЙОЬ 1 у, где Мо - число ежесекундно падающих квантов, а Ь ю - энергия кванта, пада ет под углом р к поверхностиполупроводника, то на глубине 2 от поверхности в слое О 2 возникнет Н(2) собственно рентгеновских первичных электронов. Величина Н(2) будет складыватьсяво-первых из рентгеновских фото- иОже-электронов, возникающих в слое б 2 при поглощении в нем падающего рентгеновского излучения. Полная энергия этой группы электронов Ю/(2):30м н;б,(е(ч И,екр(-ар/,гир 1 (М- Р, ЯИ,1 1 ц,1 утцйг М 1,(,к 1 35 где р (Е) - частичный коэффициент поглощения рентгеновского излучения с энергией кванта Е атомами 1-того элемента, входящего в состав полупроводника, 40 (Е) - линейный коэффициент поглощения рентгеновского излучения с энергией кванта Е полупроводником:М,И (Е) =/с 1(Е) М - число элементов, 451=1входящих в состав полупроводника, Репу(Е) - вероятностып-того радиационного перехода в атоме 1-того элемента с испусканием Флуоресцентного рентгеновского кванта с 50 энергией Ь ипу при снятии возбуждения, вызванного рентгеновским излучением с энергией кванта Е, и Ип - энергия флуоресцентного рентгеновского кванта, возникающего при в-том радиационном 55 переходе в атоме 1-того элемента, М - число возможных рентгеновсух радиационных переходов в атоме 1-того элемента, р 4,р (Ь ъу 1 к) - усредненный по углам выхода Флуоресцентного излучения линеянии когде Ен - энергия края поглощения данного элемента, к - малая величина энергии, равная щирине внутреннего энергетического уровня (К-, 1-, М-), соответствующего данному краю поглощения,кг ( - , е,г.К е; (е 1;нЮ- е рз(цу; 1 - з (н 1 ту; 11 (ь 1,1м н;К 1,(,.ф,.-ХР;,М.1 Мн, м Н;,ХР, Ш 1 н,(Ы, 1".Р(Н 1, 1 рЫ 1 ь 0 ЬрЮЬ1гти 1; 1 1, р.11 т кЮр(тз; 1 ,Л Ме 1- -з, з р М 1 рзц,.1р(уту; 11 ц, Й;1М (й;1 М(11 " 1 зН 1;ч р, ( где р - линейный коэффициент поглощения рентгеновского излучения с энергией квантов Ь у полупроводником, р 1 - частичный линейный коэффициент поглощения рентгеновского излучения с энергией, квантов Ь 1 у атомами 1-того элемента, входящего в сомстав полупроводника и =р 1, М - число элементов, входящих в состав полупроводника, Рв(Ь у) - вероятность в-того радиационного перехода в атоме 1-того элемента при возбуждении его рентгеновским излучением с энергией кванта Ь м, Ь и - энергия флуоресцентного рентгеновского кванта, возникающего при в-том радиационном переходе в атоме 1-того элемента, Й. - число возможных рентгеновских радиационных переходов в атоме 1-того элемента. Во-вторых из рентгеновских фото- и Оже-электронов, возникающих в слое 02 при поглощении в нем флуоресцентного рентгеновского излучения, возбуждаемого по всему объему полупроводника падающим рентгеновским пучком. Полная энергия этой группы электронов Ю/2(2),1823033 Приведенное выражение есть уравнение относительно величины . - длины диф.фузии электронов в полупроводнике.Следовательно, для определения длины 5 диффузии электронов в полупроводнике достаточно измерить угол падения рентгеновского пучка на поверхность полупроводника, при котором отсутствует скачек рентгеновского фотоэффекта д, на 10 одном из краев рентгеновского поглощенияодного иэ элементов, входящих в состав полупроводника и получить значение длины диффузии электронов из решения уравнения: ц(л 4и р ( М 1 ф - -( р(д "1 м. 20 где: и,р 11(,)- усредненный по углам выхода Флуоресцентного излучения линейный козфф щиент поглощения полупроводником флуоресцентного излучения с энергией кванта и т по нормали к поверхности. 25Анализ приведенного выражения для полного тока рентгеновского фотоэффекта показывает, что при изменении энергии падающего рентгеновского. пучка вблизи энергии какого либо края рентгеновского 30 поглощения какого либо из элементов входящих в состав полупроводника, рентгеновский фотозффект прет."рпе воет скачкообразное изменение. Величина скачка рентгеновского фотоэффекта определя ется как отношение полных токов рентгеновского фотоэффекта до и после крал рентгеновского поглощения соотоетстоенно: 40 рз егде: р (Е) - частичный коэффициент поглощения рентгеновского излучения с энер гией кванта Е атомами 1-того элемента,входящего в состав полупроводника, р (Е) - линейный коэффициент поглощения рентгеновского излучения с энергией кванта Е полупроводником:- ,Ммн,(4 И,(рИ, "м 0БЕ =(Е( + Е)/ (Е М - Е) = А (ЕК + Е)/А (Е( - Е),где Е( - энергия края рентгеновского поглощения, е - малая величина энергии, равная ширине энергетического уровня, соответствующего данному краю поглощения.Величина скачка Яе, как следует из призеденного выражения о зависимости от угла падения рентгеновского пучка на полупроводник может быть как больше, так и меньше единицы. Таким образом можно подобрать такой угол падения рентгеновского пучка на поверхность полупроводника ъ, при котором на выбранном крае рентгеновского поглощения огличина Яе, то есть скачок рентгеровского фотоэффекта отсутствует иА(Е( + я ) ." А(Е( - е ) где Ек - энергия края поглощения данногоэлемента, а - малая величина энергии, равная ширине энергетического уровня, соответствующего данному краю поглощения,Ю;А е. .1 У, 1 Р 1 ь;1 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 баАзо,бР 0,4 равны р (Е + е) р (Е -е) 62,114 см р 2(Е+ е) = 628,7 см р 2(Е-е)- -78,194 см рз(Е+ е)- рз (Е- е)-16,642 см соответственно для Аз, Оа и Р и(Е) - линейный коэффициент поглощения рентгеновского излучения с энергией кванта Емполупроводником: р (Е) =р 1 (Е)В исследуемом полупроводнике р (Е + е)- 706,82 сми р(Е - я) 156,95 см , М - число элементов, входящих в состав полупроводника, в примере М = 3, И - число возможных рентгеновских радиационных переходов в атоме 1-того элемента, о полупроводнике, исследуемом в примере существенный вклад в перераспределение энергии падающего излучения по глубине полупроводника дает только К-флуоресценция, поэтому ограничиваются рассмотрением только К- флуоресцентных переходов и Й 1 - 1 Ь И- энергия флуоресцентного рентгеновского кванта, возникающего при гп-том радиационном переходе о атоме 1-того элемента, энергии К-флуоресцентных квантов Аз, ба и Р соответственно равны Ь и = 10544 эВ, Ь ф - 9252 эВ и Ь ф = 2014 эВ, РЬ(Е) - вероятность в-того радиационного перехода в атоме 1-того элемента с испусканием флуоресцентного рентгеновского кванта с энергией Ь Ип при снятии возбуждения вызванного рентгеновским излучением с энергией кванта Е, значения Рь(Е) для К- флуоресцентных переходов исследуемого в примере полу.роводника приведены в таблице:Е Е+е Е -я ЬУ 1 п Ь,вЬ М 3 щР 1 гп(Е) 0 0 0 0 05 Р 2 в(Е) 0,413 0 0 0 0Рзв(Е) 0,86 0,86 0,86 0,86 0Рср (Ь фк)- усредненный по углам выхода флуоресцентного излучения линейныйкоэффициент поглощения полупроводни 10 ком флуоресцентного излучения с энергиейкванта Ь ф по нормали к поверхности, полагают р,.р (Ь мр)- 0,2 р(Ь), 1 - длинадиффузии электронов, ро - угол падениярентгеновского пучка на полупроводник, от 15 считываемый от поверхности, при которомисчезает скачек рентгеновского фотоэффекта, в примере равный 1,25 О.Рассчитанная величина 1 составляет1,80 мкм с точностью 0,03 мкм,Технико-экономическая эффективностьпредлагаемого способа по сраонению с прототипом заключается в повышении точности определения длины диффузииэлектронов. В настоящее время нет способов, позволяющих определять длину диффузии электронов с точностью, полученной опредлагаемом способе, Поэтому предлоденный способ может быть эффективноприменен в электронной технике на всехэтапах контроля полупроводниковых приборов,Формула изобретенияСпособ определения длины диффузииэлектронов в многокомпонентном полупроводнике, включающий лредварительную обработку поверхности полупроводника,обеспечивающую снижение работы выходаэлектрона до величины, соответствующейсостоянию поверхности, характеризуемой40 отрицательной величиной электронногосредства, возбуждение внешнего рентгеновского фотоэффекта и определение длиныдиффузии электрона расчетным путем, о т личающийся тем,что,сцельюупрощения45 способа, рентгеновский фотоэффект возбуждают на одном из краев рентгеновскогопоглощения по крайней мере одного из эле ментов, входящих в состав полупроводника,определяют изменение зависимости тока50 фотоэффекта от угла падения рентгеновского пучка, определяют угол падения, при котором ток равен нулю, с использованиемкоторого рассчитывают длину диффузии