Способ определения параметров полупроводников методом эффекта холла

Способ определения параметров полупроводников методом эффекта холла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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 охл.ажденный образец магнитным полем с одновременным облучением поверхности. Измеряют ЭДС Холла. Переориентируют магнитное поле и регистрируют изменени;э разности потенциалов между токовым контактом и потенциальным зондом при выключении магнитного поля. Рассчитывают параметры полупроводника по формулам. 2 ил.СОсИзобретение относится к полупроводниковой технике и фотоэлектронике и может быть использовано для определения сечения фотоионизации примесных центров в полупроводниках.Известен способ определения сечения фотоионизации примесных центров в полупроводниковых, основанный на измерении коэффициента пропускания излучения из области примесного поглощения, согласно -которому освещают поверхность полупроводниковой пластины излучением из области примесного поглощения, измеряют интенсивности падающего

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (яцек Н 01 1 21/66

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Э

О

00 4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4765466/25 (22) 07.12.89 (46) 15.02.92, Бюл. N 6 (71) Институт радиотехники и электроники

АН СССР (72) А, С. Веденеев, А. Г. Ждан, В. В. Рыльков, А. Г. Шафран, О. Г. Шагимуратови С. Г.

Дмитриев (53) 621.832(088.8) (56) Hell W. et аП. Optical Absorption of

Gallium — Doped Silicon — lEEE Trans.

Electron, Rev. v. ED —..27, No1, 1980, р. 10 — 14.

Кучис E. В, Методы измерения эффекта

Холла. М.: Сов.радио, 1974, с. 23 — 24. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВ МЕТОДОМ

ЭФФЕКТА ХОЛЛА

Изобретение относится к полупроводниковой технике и фотоэлектронике и может быть использовано для определения сечения фотоионизации примесных центров в полупроводниках.

Известен способ определения сечения фотоионизации примесных центров в полупроводниковых, основанный на измерении коэффициента п()опускания излучения из области примесного поглощения, согласно которому освещают поверхность полупроводниковой пластины излучением из области примесного поглощения, измеряют интенсивности падающего ((О) и прошедшего (l1) через образец излучения и определяют коэффициент поглощения излучения по формуле а= — (п(, +i,1 + R ) (>) (1 R)ã / — -,Р

27R Я2 4Т2В4 где.т = 11/Ip — коэффициент и ропускания;

„„5U„„1712987 А1 (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. Переориентируют магнитное поле и регистрируют изменение разности потенциалов между токовым контактом и потенциальным зондом при выключении магнитного поля. Рас. считывают параметры полупроводника по формулам. 2 ил.

R — коэффициент отражения излучения;

d — толщина пластины, Считая, что каждый квант поглощающегося излучения приводит к рождению свободного носителя заряда, находят сечение фотоиониздции бР(i =а/No, где Np — концентрация примесных центров.

Известный способ имеет следующие недостатки: высокие требования к параллельности граней пластины («p) и качеству их обработки; низкая точность, связанная с необходимостью учета отражения излучения от освещенной и неосвещенной граней пластин ы; необходимость испол ьзования ,дорогостоящей оптической техники (спектрометров, оптических криостатов и т.д.); необходимость привлечения дополйительных методов определения уровня легирования полупроводника, например метода эффекта

1712987

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 высокоомн ых 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 I; помещают образец в магнитное поле В, ориентированное перпендикулярно его поверхности; освещают образец излучением из области примесного поглощения; измеряют ЭДС Холла V< 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

p =-р— Vg b (2) где с — расстояние между потенциальными зондами для измерений Vg;

Ь вЂ” ширина образца, Недостатком способа является невозмо>кность определения с его помощью сечения фотоионизации.

Цель изобретения — обеспечение возмо>кности 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 V между потенциальными зондами, расположенными на одной боковой грани, и ЭДС Холла VH между потенциальными зондами, расположенными на противоположных боковых гранях, образец снабжают дополнительным потенциальным зондом, расположенным на поверхности, противоположной освещаемой, охлаждают

5 образец до температуры, при которой равновесная концентрация носителя заряда и много меньше концентрации компенсирующих примесей Мк, устанавливают интенсивность излучения так, чтобы фоновая

10 концентрация nph — удовлетворяла усЦНнб ловию по-< прь < N<(q — элементарный заряд;

d — толщина образца), определяют подвиж1 V с

15 ность носителей заряда,и = — —,, где

V b выбирают магнитную индукцию из условия дВ+:.< 1, измеряют ЭДС Холла Чн, ориентируют магнитное поле В* параллельно освещаемой поверхности образца и перпендикулярно электрическому току, измеряют разность потенциалов между дополнительным зондом и одним из токовых контактов, убирают магнитное поле, регистрируют изменение данной разности потенциалов Ь V и определяют искомые параметры, глубину оптической генерации носителей заряда г, и сечение фотоионизации орь из выражений;

30 — „— — — 1 — — „+ (ехр(- ) — 1)

Ьм f, d .— 1, o,h = 1/(N. ), где No — концентрация основной легирующей примеси в полупроводнике.

На фиг. 1 показаны образец для измерения глубины оптической генерации носителей заряда и сечения фотоионизации примесных центров; на фиг. 2 — блок-схема устройства для реализации способа.

Устройство содержит образец 1, токовые контакты 2 и 3, потенциальные зонды 4, 5 и 6, дополнительный зонд 7, размещенный на нижней поверхности образца, источник 8 напряжения, измеритель 9 силы тока, измеритель 10 ЭДС Холла VH, измеритель 11 па45 дения напряжения между потенциальными зондами V», èçìåðèòåëü 12 разности потенциалов между дополнительным зондом и токовым контактом (стрелками указаны направления ориентацйи магнитных полей

В и В, волнистые стрелки:указывают на правление падающего на образец излучения).

Способ реализуется следующим образом.

Снабжают образец 1 двумя токовыми контактами 2 и 3 и тремя потенциальными зондами 4, 5 и 6, расположенными на противоположных токовых и боковых гранях образца, перпендикулярных его поверхности, 1712987

4 соответственно. Снабжают образец 1 дополнительным потенциальным зондом 7, расположенным на поверхности, противоположной освещаемой. Пропускают электрический ток l через образец посредством 5 источника 8 напряжения. Величина 1 определяется электрическим полем в образце, при котором несущественен разогрев носителей заряда (например, для германия и кремния это поле не боле 1 В/см). 10

Помещают образец в магнитное поле В, ориентированное перпендикулярно его поверхности. Охлаждают образец до температуры Ти из области вымораживания примеси, при которой равновесная концен- 15 трация носителей заряда п0 заведомо много меньше концентрации компенсирующей примеси Nк. Температуру Ти можно оценить, исходя из ориентировочно известных значений концентрации основной (Np) и 20 компенсирующей (Кк) примесей:

Ти« Е /(k(n . ((3) цй, где Е0 — энергия ионизации основной примеси; .

g — кратность ее вырождения;

Nc,v — эффективная плотность состояний в зоне основных носителей заряда;

k — постоянная Больцмана.

Освещают поверхность образца излучением из области примесного поглощения.

Измеряют ЭДС Холла Чн измерителем

10, падение напряжения между потенциальными зондами Vo измерителем 11 и силу тока I измерителем 9 и вычисляют подвижность носителей заряда,и по формуле (2) и их фоновУю конЦентРаЦию nph с помоЩью выражения

nph =

iB (4) 40

cl /нб

Устанавливают интенсивность излучения, исходя из условия

np«nph«

П ри этом условии концентрация носите- 45 лей заряда n(Z) распределена по толщине образца в соответствии с интенсивностью поглощающегося излучения l(Z):

n(Z) = l(Z) Np o.ðh т; (5) где т, = 1/(Nkp) — время жизни фотоносите- 50 лей; .

P — коэффициент их захвата.

Устанавливают магнитную индукцию

В* из условия,и В*.«1. При этом изменения плотности тока и тянущего электрического поля, обусловленные возникновением холловского поля, оказываются несущественными (-,и В* ).

При выбранном магнитном поле измеряют ЭДС Холла Чн между потенциальными

l зондами, расположенными на противоположных боковых гранях образца. Изменяют ориентацию магнитного поля так, чтобы оно стало параллельным освещаемой поверхности образца. Измеряют разность потенциалов между дополнительным зондом, расположенным на поверхности, противоположной освещаемой, и одним из токовых контактов измерителем 12. Убирают магни;ное поле. Регистрируют изменение разности потенциалов ЛЧ. Определяемая таким образом в условиях слабого магнитного поля (,и В« 1) величина ЛЧ равна холловскому потенциалу неосвещаемой поверхности образца.

Рассчитывают сечение фотоионизации по формуле

0ph = 1 (Np f) (6) где (- глубина оптической генерации, определяемая из соотношения — — = 1 — — + (ехр(— ) — 1) (7) Л с

d V d

Пример. Исследуют образец кремния с концентрацией галлия Np — — 1,14 10 см

17 -3 и толщиной d = 0,1 см. Токовые контакты к образцу изготавливают посредством втирания алюминия при температуре эвтектики (T =4500 С), а потенциальные — с использованием искрового подлегирования приконтактных областей: между образцом кремния и алюминиевой фольгой создают искровой разряд, при котором в кремний вплавляют алюминиевые капли.

Образец охлаждают до температуры

Тн = 25 К, при которой равновесная концентрация носителей заряда п0-.1,6.10 см . В

8 качестве регулируемого источника ИЕ-излучения используют СО2-лазер (1=10 мкм).

Интенсивность излучения выбирают такой, чтобы концентРациЯ фотоносителей nph составляла 6,86 ° 10 см з и была заведомо меньше концентоации компенсирующих примесей N >10 см . Измерения выполняют в магнитном поле В = 0,02 Тл. С Iloмощью ЭДС Холла, измеренной между потенциальными зондами, расположенными на боковых гранях образца, определяют холловскую 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 потенциалов между дополнительным зондом и одним из токовых контактов в процессе изменения ориентации магнитного поля определяют величину - = 0.635. С использованием

hV фоРмУл (6) и (7) находЯт f -0,059 см и ОрI, 1,49 10 18 см2

1712987

50

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 ч а ю щи и 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 Ng, устанавливают интенсивность излучения из условия

Ao « Aph« NgÄ где прь — фоновая концентрация носителей

5 заряда, величину магнитного поля В устанавливают из условия,и В«1, где,и- подвижность носителей заряда, повторно измеряют ЭДС Холла V, ориенти10 руют магнитное поле перпендикулярно облучаемой поверхности образца и перпендикулярно протекающему через образец току, регистрируют изменение разности потенциалов ЬЧ между дополни15 тельным зондом и одним.из токовых при выключении магнитного поля и рассчитывают сечение фотоионизации opt по формуле — — =1—

Ь М 1 — 1

d V бдрьйо

+ (exp((3cTp>Np) — 1)

20 где b б — ширина и толщина образца соответственно;

Np — концентрация основной легирующей примеси в полупроводнике.

1712987

Составитель А,Шафран

Редактор Л.Веселовская Техред М.Моргентал Корректор Т.Малец

Заказ 539 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101