Способ определения характеристик полупроводника

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУГ)ЛИК 823034 19) Н О Е 21/ ОСУДАРСТВЕН.ОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) к "фбЭЗНЦь- ИНл ЧЕСКИ11 ;Ъе ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛУПРОВОДНИКОВ(57) Способ определения характеристик полупроводника. Сущность изобретения: обрабатывают поверхность полупроводника для достижения отрицательной величины электронного сродства электрона. Возбуждают внешний рентгеновский фотоэффект при фиксированном угле падения рентгеновского пучка. Измеряют величину скачков рентгенооского фотоэффекта на краях рентгеновского г 1 оглощения элементов, входящих в состав полупрооодника, причем число анализируемых скачков на единицу превышает число независимых компонент о составе образца. Аналитически определяют длину диффузии электроноо и количественный состав полупроводника. рственный ун дственное об В,Н.Щемеин 1973, ч,44,1969, ч. 183, р.оерхность, 1983,ьство СССР1/66, 1981. водника на количественный элементный сстав. Указанная цель дости способе определения, о скойхарактеристики, длин тронов в полупроводник предварительную обрабо исследуемого полупрооодн ющую снижение работы о на поверхности полупрооо ны, соответстоующей сост сти, характеризуемому велич ной электронного с дение внешнего рентген Фвкта, измерение х рентгеновского ф поэффе ние длины диффузии злект задарист мен пр ого способа является спытуемых обьектоо поддающиеся повомногокомпонентные эвестным количестоставом и расширеопределяемых актеристик полупроЦелью предлагаемрасширение класса ина полупроводники, нероту при облучении, наполупроводники с неивениным элементным сние числафизико-химических хар).,чч.,)агпез. РпузЯеч.740Щемелев В.Н. и др. ПоМ 11, с. 56-61.Авторское свидетелМ 1485327, кл. Н 01) 2 Изобретение относится к области элекной техники, в частности к изготоолеполупроводниковых структур с нными физико-химическими характеиками(атом числе количественным элетным составом и длиной диффузии тронов), используемых в электронных борах. гается тем, что в качестве физичеы диффузии элеке, оключающем тку поверхности ика, обеспечиоаыхода электронадника до оеличиоянию пооерхноотрицательной родства, оозбужовского фотоэфарактеристикикта н определеронов по формуЙ 2) = ф/(2)/оВторичные элекгроцы, термализуясь и диффуцдируя в твердом теле, имеют вероятность подойти к поверхности, В соответствии с теорией диффузии электронов в цплубескпнечцом твердом теле, электроны, возникшие ца глубине 2 в слое 02, дойдут до поверхности с вероятностью ехр/Ц, гдедлина диффузии термализовацных электронов, Электроны, подошедшие к поверхности полупроводника, работа выхода которой снижена до состояния отрицательного электронного сродства, имеют определенцую вероятность В выхода в вакуум. При этом число электронов, возникших в слое 02 ца глубине 2 и вышедших в вакуум, будет равно;ии = Вб(Дехр(-2/1 ).Полное число электронов, ежесекундно выходящих в вакуум при облучении полупроводника монохромЛтическим рентгеновским пучком с энергией кванта и 1, падающим под углом 10 к г оверхности (полный ток рентгеновского фотоэффекта):=е Х, снап =ейо ВА(Ьг)/о, где5,г2 -" --40 45 50 55 5 10 15 20 25 30 35 где:,ир (611) - усредненный по углам выхода флуоресцентного излучения линейный коэффициент поглощения полупроводником флуоресцентного излучения с энергией кванта и 1 по нормали к поверхности.Анализ приведенного выражения для полного тока рентгеновского фотоэффекта показывает, что при изменении энергии падающего рентгеновского пучка вблизи энергии какого-либо края рентгеновского поглощения какого- либо из элементов, входящих в состав полупроводника, рентгеновский фотоэффект претерпевает скачкообразное изменение. Величина скачка рентгеновского фотоэффекта определяется как отношение полных токов рентгеновского фотоэффекта до и после края поглощения соответственно:Ь " 1(Е + г)/(Е - г ) = А(Ек + е )/А(Еи ), где Ек - энергия края рентгеновского поглощения, к - малая величина энергии, равная ширине энергетического уровня, соответствующего данному краю поглощения.Если экспериментально измерить скачок рентгеновского фотоэффекта Я на одном из краев рентгеновского поглощения одного из, элементов, входящих в состав полупроводника, и подставить его значение в полученное теоретическое выражение, то получим уравнение с 1+ 1 неизвестными, а именно Х 1 ( = 1, , к) и 1, Если произвести измерения величин скачков рентгеновского фотоэффекта на краях поглощения 1+ 1 элементов, то в результате получим систему из 1 + 1 уравнений относительно к + 1 неизвестных:Яц = (Е 1+ Е)/1(Е 1 - Е) = А(ЕО 1. Г)/А(Е 1 - Е) Яи = 1(Еа + е)/(Е 2 - к) =- А(Ек 2 +г )/А(Ем 2 - е) Ба+1 1(ЕЬ+1+Е)/Г(ЕЮ+1 - Е)- А(Ею+1+ Е) /А(ЕЮ+1- К),где Зц, Яц, ., Ба+1 - величины скачков рентгеновского фотоэффекта, измеренные на краях рентгеновского поглощения 1-го, 2-го, .,+ 1-го элементов, входящих в состав полупроводника, М - число независимых неизвестных количественных компонент полупроводника, Еи, Еа Ею+1- энергии краев поглощения 1-го, 2-го, , 1+ 1-го элемента, на которых измеряются скачки рентгеновского фотоэффекта. Е - малая величина энергии, равная ширине энергетического уровня, соответствующего данному краю поглощения, 1823034,и) 1 Е) = А т) ) Е) Х) р/Мо - частичный коэффициент поглощения рентгеновского излучения с энергией кванта Е атомами 1-того. элемента, входящего в состав полупроводника, А) - атомный вес 1-того элемента, Х) -доля 1-того элемента в полупроводнике (количественный элементный состав), т) (Е) -массовый коэффициент ослабления рентгеновского излучения с энергией кванта Е в1-том элементе полупроводника, р - плотность полупроводника, Мо - молекулярныйвес полупроводника,,и(Е) - линейный коэффициент поглощения рентгеновского излучения с энергиейкванта Е полупроводником:д тЕ) = , И (Е) М - число элементов,)=1входя.цих в состав полупроводника, Рв(Е) -вероятность а-того радиационного перехода в атоме 1-того элемента с испусканиемфлуоресцентного рентгеновского кванта сэнергией Ь цп при снятии возбуждения, вызванного рентгеновским излучением с энергией кванта Е, Ь и,э - энергияфлуоресцентного рентгеновского кванта,возникающего при а-том радиационном переходе в атоме 1-того элемента, М) - числовозможных рентгеновских радиационныхпереходов в атоме 1-того элемента,рср ),Ь ъ) - усредненный по углам выходафлуоресцентного излучения линейный коэффициент поелогцения цолуцрцводникомфлуоресцснтного излучения с энергиейквантаР)к по нормали к поверхности, Едлина диффузии электронов. у - уцл цадег.) нид рентгеновского пучка на полупроводник, отсчитываемый от поверхности.Решив ее можно определить длину диффузии электронов 1 и количественный элементный состав Хь10 Теоетическое исследование связискачков рентгеновского фотоэффекта с длиной диффузии в полупроводнике проведеноавторами впервые и в литературе не описано.15 Способ осу.цестнляют следующим способом Поверхность исследуемого полупроводника обрабатывают, обесцечиваяснижение работы выхода электрона на поверхности т)олуцроводникадо величины, со 20 ответствующей состоянию поверхности,харак теризуемому о 1 рицательным электронным сродс 1 вом, Затем на исследуемыйполупроводник воздействуют под определенным углом рентгеновским излучением,тт25 возбутхдэющим в цолуцроводнике внешнийрец ттецовский фотоэффект. Характеристику рентгеновского Фотоэффекта получаютпутем измерения скачков рентгеновскогоФотоэффекта нв краях рецтееновского по 30 глощенич элементов, входящих в состав полупроводциха, причем число измеряемыхскачков нэ единицу превышает число независимых неизвестных количественных компонент полупроводника, Длину диффузии35 электронов в полупроводнике находят изрешения системы уравнений.Пример,Для определения длины диффузии электронов в эпитаксиальном слое полупровод 40 никового твердого раствора баАз 1-хРх этотслой помещают в вакуумный прибор с окномнз бериллия, прозрачным для рентгеновского излучения, Работу выхода поверхностиполупроводника снижают до величины, с 645 ответствую;цей состоянию поверхности, характеризуемому отрицательной величинойэлектронного сродства, известным методомадсорбции цезия и кислорода. Затем на поверхность слоя направляют пучок рентгено 50 вского излучения под определенным угломор= 90 к поверхности и с помощью самопишущего пр 1 бора ЛКД - 4 - 003, подключенного к электрометру 87-30, измеряют скачкирентгеновского фотоэффекта на К-краях по 55 глощения галлия и мышьяка. В данном примере величины скачков рентгеновскогофотоэффекта составили 5 т) 1,37, Яг 2-2.78соот эетствецно на краях рентгеновского поглощения мышьяка и галлия, В качестве воз13 1823034 14 Составитель А.АндрющенкоТехред М.Моргентал Корректор П,Гереши Редактор А.Бер Заказ 2181 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 гией кванта Е, значения Рь(Е) для К-флуоресцентных переходов исследуемого в примере полупроводника приведены в таблице:Е Р 1 в(Е) Р 2 в(Е) Рз(Е) ЕЧ 1+ Е 0,359 0.413 0,86 Ек 1- е 0 0,413 0,86 Ек 2+ Е 00,413 0,86 Е 2-е 0 0 086 Ь Р 1 п 0 0,413 0 86 Ь рсдрп 0 0 0,86 ценза 0 0 0 Рср (Ь зк)- усредненный по углам выхода флуоресцентного излучения линейный коэффициент поглощения полупроводником флуоресцентного излучения с энергией кванта и ф 1 к по нормали к поверхнОсти, полагают рср (Ь ф)" 0,5,и Ъ зк),- длина диффузии электронов.Рассчитанные величины . составляют 4,5 мкм с точностью 0,1 мкм и величина Х составила 0,4 с точностью 0,01.Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключается в расширении числа измеряемых физико-химических на количественный элементный состав, В настоящее время нет способов, позволяющих одновременно определять длину диффузии электронов и количественный элементный состав. Поэтому предложенный способ может быть эффективно применен в электронной технике на всех этапах контроля полупроводниковых приборов.5 Формул а изобретения Способ определения характеристик полупроводника, включающий предварительную обработку поверхности исследуемого 10 полупроводника, обеспечивающую снижение работы выхода электрона с поверхности до величины, соответствующей состоянию поверхности, характеризуемому отрицательной величиной электронного средства, 15 и возбуждение внешнего рентгеновскогофотоэффекта, отличающийся тем,что, с целью определения количественного состава многокомпонентного полупроводника, внешний рентгеновский фотоэффект 20 возбуждают при одном значении угла падения рентгеновского пучка, измеряют величины скачка рентгеновского фотоэффекта на краях рентгеновского поглощения элементов, входящих в состав полупроводника.25 причем число измеренных величин скачковпревышает на единицу число элементов в полупроводнике, и определяют величину длины диффузии и количественный состав расчетным путем.30