Способ определения параметров электронных состояний на поверхности полупроводниковых автокатодов

Способ определения параметров электронных состояний на поверхности полупроводниковых автокатодов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЗЛЕКТРОНИз1Х СОСТОЯНИЙ НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ АВТОКАТОДОВ,. включающий измерение параметров автокатода и обработку полученных данных, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности и точности измерений и сокращения времени измерения, катод охлаждают до температуры гг. Л где й - энергетическое разрешение в функции плотности поверхностных состояний К - постоянная Больцмана, измеряют статическую вольтамперную характеристику, по которой определяют высоту внутреннего потенциальd . ного барьера Yj Чи V где внешнее напряжение, после чего находят плотность поверхностных состояний где F - уровень на поверхности полупроводника; «КГ S, длина экранирования Дебая; Ж - диэлектрическая проницае- , мость полупроводника; NJJ - концентрация примеси в полу проводнике; Я -- заряд электрона; /5 Уформфактор полупроводнико вого автоэмиттера; Е - внешнее электрическое поле.

(19) (И) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

/ 3(Я)Н 01J 9 42 Н 01 7 1 30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАЫ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITHA

1 опислник изоьгеткни, К ABTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ и .,УФ -1 (EI/Е-F =

2KT g gg7q, $ длина экранирования

Дебая

% р Х ) Е

af

Т

О К (21 ) 3483540/18-21 (22) 13 ° 08.82 (46). 07.02.84. Бюл. Р 5 (72) Е.И.Гольдман, A.Ã.Æäàí, Ю.В.5аркин и П.С.Сульженко ,(.71) Ордена Трудового Красного Зна- -. мени институт радиотехники и электроники АН СССР (53) 621.385.032.212(088.8) (56 ) 1. Девисон С., Левин Дж. Поверхностные (таммонские) состЬяния.

)4., "Мир", 1973, с. 157.

2. Фишер P., Нойман Х. Автоэлектронная эмиссия полупроводников.

И., "Наука", 1971, с. 120 (прбтотип). (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ IIAPANEÔPOB ЭЛЕКТРОННЫХ СОСТОЯНИЙ HA ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ АВТОКАТОДОВ,. включающий измерение параметров автокатода и обработку полученных данных, о т л и ч а.ю шийся . тем, что, с целью повышения разрешающей способности и точности измерений и сокращения времени измерения, катод охлаждают до температуры где dt - энергетическое разрешение в функции плотности .поверхностных состояний;

K — постоянная Больцмана, измеряют статическую вольтамперную характеристику, по которой определяют высоту внутреннего потенциальav, ного барьера Т и 5 i где у ача

1 внешнее напряжение, после чего находят плотность поверхностных состояний М5э(Е) иэ выражения где F - -уровень Ферми на поверхнос- щ

-ти полупроводника;

- диэлектрическая проницаемость полупроводника; ) — концентрация примеси в полу. проводнике;

-- заряд электрона; — формфактор полупроводникового автоэмиттера; — внешнее электрическое поле.

1072144 не всегда легко измерить, так как автоэмисионные токи, соответствующие узким энергетическим интервалам автоэлектронов, оказываются очень малыми.

Следовательно, восстановление таким путем функции М f Е) либо не всегда возможно, либо приводит к большим ошибкам, свойственным измерениям очень малых токов. Кроме того, необходимость использования спектрометра автоэлектронов усложняет и удорожает эксперименты, а также делает их очень трудоемкими и неоперативными, так как для нахождения Мз (Е I требуется определять зависимость энергетического спектра автоэлектронов от напряженности внешнего поля в широком интервале полей.

Таким образом, недостатками известного способа опРеДелениЯ Ь)З (Е) Являются сложность, трудоемкость, неоперативность и недостаточная точность, в частности низкое энергетическое разрешение.

Цель изобретения — повышение разрешающией способности и точности измерений, а также сокращение времени измерения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения параметров электронных состояний на поверхности полупроводниковых автокатодов, включающему измерение параметров автокатода и обработку получейных данных, катод охлаждают до температуры

° ЬЕ

Т t о к где йЯ вЂ” энергетическое разрешение в функции плотности поверхностных состояний;

К вЂ” постоянная Больцмана, змеряют статическую вольтамперную арактеристику, по котором определят высоту внутреннего потенциально3

ro барьера Ч; и р

3 где . М,) - внешнее напряжение, после

его находят плотность поверхностных состояний и (Е ) из выражения

Известен также способ определения параметров ПС основанный на измере- 4р ниях распределений по энергиям ави тоэлектронов, эмиттированных из полупроводниковых автокатодов. Этот спою соб включает в себя-следующие операции: подают на анод положительное 4 относительное полупронодникового автоэмиттера фиксированное постоянное напряжение V>, производят анализ ч распределения эмиттированных автоэлектронов по энергиям путем подачи пучка в дополнительное тормозящее электрическое поле и снимают зависимость коллекторного тока от величины этого поля, дифференцируют полученную зависимость коллекторного тока от величины тормозящего поля, из полученных измерений определяют функцию Н (E) (23.

Однако йоскольку прозрачность поверхностного потенциального барьера

Рдля электронов, эмиттируемых из 60

ПС, расположенных под дном зоны проводимости, может быть весьма мала, распределение эмиттированных антоэлектронов по энергиям, отвечающее составляющей автоэмиссионного тока 65 где F - уровень Ферми на поверх-, ности полупроводника; длина экранирования

Дебая;

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для определения электронных характеристик поверхности твердых тел, в частности, в условиях сверхвысокого накуума. 5

Известен способ определения параметров поверхностных состояний (ПС) на границе раздела полупроводник вакуум, основанный на измерениях спектральных характеристик кванто- 1Р ного выхода фотоэлектронной эмиссии вблизи ее порога и распределений змиттированнных фотоэлектронон по энергиям. В соответствии с этим методом образец, в частности полупроводник, облучают монохроматическим светом с .энергией квантон ttш, где постоянная Планка; tv — частота света. При даннсй энергии b av измеряют квантовый выход g, т.е. отношение числа эмиттированных фотоэлектронов к числу поглощенных . фотонов.

Изменяя частоту ш, измеряют г как функцию ш . Для определения из этих измерений функции плотности ПС

N55(E ), где. Š— энергия, требуются сведения о матричном элементе перехода между начальным и конечным состояниями, а также о распределении конечных состояний по энергии 1).

Необходимость использования анализатора энергий фотозлектронов, эмиттированных из ПС, и большой объ- ем измерений, обусловленный необходимостью регистрации спектральных характеристик у, обусловливают дороговизну и неоперативность данного способа. диэлектрическая проницаемость полупроводника; концентрация примеси в полупроводнике; заряд электрона; формфактор полупроводниково

ro автоэмиттера; внешнее электрическое поле.

1072144, Составитель Г.Кудинцева

РедактоР С.КвЯтковскаЯ ТехРеД И.Метелева КоРРектоР B,ÁÓTRãà

Заказ 136/46 . Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ ГОсударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4. Эта формула следует из решения уравнения Пуассона для слоя обеднения Щоттки в приближении "нулевой температуры".

Для нахождения искомой функции плотности ПС по вальтамперной харак- 5 теристике определяют высоту .внешнего потенциального барьера V, для ряда значений тока автоэлЬктронной эмиссии и внешнего напряжения находят высоту внутреннего потенциаль1 йЧ ного барьера з и производную, Зч

dV

Подставляя эти значения Y u

»а в формулу (1), определяют плотность

ПС И (Е ) как функцию положения уровня Ферми на поверхности полупроводника.

Таким образом, предлагаемый способ включает следукяцие операции: 20 исследуемый образец охлаждают до . температуры + -, где аЕ - заданное

I техническими условиями энергетическое разрешение; подают внешнее положитель-5 ное напряжение Vd относительно полупроводника, величйна которого должна обеспечивать режим автоэлектронной эмиссии; измеряют статическую ВАХ автоэлектронной эмиссии, т.е.-эависи-30 мость a„= f(Ya ); по ВАХ определяют высоты вйешнего и- внутреннего потен34 циальных барьеров, 4 и р вы6 числяют плотность Й з(Е) как функцию 35 положения уровня Ферми F на границе .полупроводник — вакуум от Ч иэ выражения

"в% "в

N (Е)/E=F= — — †. i. 40 унтам 4>ig $ аЧ. !.

5 3/

Пример. Автоэлектронный катод из Sin - типа устанавливают в автоэлектронный проектор на охлаждаемую ножку. Проектор откачивают до высокого вакуума, катод охлаждают до температуры - -, где 4Е - требуемое энергетическое разрешение. Подают внешнее положительное напряжение

Чд относительно кремниевого острия.

Величина Ч должна обеспечивать режим автоэлектронной эмиссии.

Снимают статическую вольтамперную Характеристику автоэлектронной эмиссии °

По вольтамперной характеристике определяют высоту внешнего потенциального барьера V, например по наклону характеристики..Найденное значение,Ч подставляют в выражении для вольтамперной характеристики полупроводника и определяют значение высоты внутреннего потенциального ач барьера Чэ и производную „ч -. под" а ставив найденные значения в расчетную формулу (1) „найдем искомую функцию. !

Увеличение точности измерений в предлагаемом способе обеспечивается тем, что контролируется общий ток эмиттера:при снятии вольтамперной характеристики. Экспериментальная простота этой операции позволяет сократить время измерений по сравнению с прототипом в 100 раз. Энергетическое разрешение предлагаемого способа определяется Температурой образца и может принимать значения около 1 мэВ, T.å. Увеличено в " 10 раз по сравнению с известным способом.