Способ определения электрофизических параметров полупроводников

Способ определения электрофизических параметров полупроводников

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Образец полупроводника облучают электромагнитным излучением с энергией квантов, достаточной для генерации свободных носителей заряда и модулированным по интенсивности с частотой, равной обратной величине ожидаемого времени жизни свободных носителей заряда. Электромагнитное излучение локализуют на контролируемом участке поверхности образца. Образец помещают в область пространства, примыкающую к соленоиду, в которой магнитное поле этого соленоида при пропускании по нему электрического тока отлично от нуля, На образец воздействуют внешним постоянным магнитным полем, вектор индукции которого перпендикулярен рабочей поверхности образца, параллелен оси соленоида и направлению облучения. Выбирают величину магнитной индукции постоянного магнитного поля из условия, что радиус вращения свободных носителей заряда, генерируемых электромагнитным излучением, превышает длину свободного пробега носителей заряда. Измеряют амплитуду и фазу переменной ЭДС на выводах соленоида, по которым определяют искомый параметр. 2 ил, СО С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 01 1 21/66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4857161/25 (22) 03.08.90 (46) 30.03.93. Бюл. ¹ 12 (71) Научно-исследовательский институт физических проблем им. В,Ф.Лукина (72) В,Н,Подшивалов, В,В,Маселов и

Э,А,Ильичев (56) Фистуль В.И. Введение в физику полупроводников, М.: Высшая школа, 1975, с. 243-249.

Патент США ¹ 4286215, кл. G 01 R 31/26, 1981, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМETPOB ПОЛУПРОВОДНИКОВ (57) Образец полупроводника облучают электромагнитным излучением с энергией квантов, достаточной для генерации свободных носителей заряда и модулированным по интенсивности с частотой, равной обратной величине ожидаемого времени

Изобретение относится к области техники контроля электрофизических параметров полупроводников. Наиболее целесообразно использовать изобретение для локального контроля таких параметров высокоомных полупроводников, как время жизни носителей заряда и длина свободно: го пробега, Целью изобретения является повыше ние локальности измерений и упрощение аппаратуры для реализации предлагаемого способа.

Сущность изобретения состоит в использовании эффекта диамагнитизма неравновесной полупроводниковой плазмы, генерируемой электромагнитным излучени„„. Ы „„1805512 А1 жизни свободных носителей заряда, Электромагнитное излучение локализуют на контролируемом участке поверхности образца.

Образец помещают в область пространства, примыкающую к соленоиду, в которой магнитное поле этого соленоида при пропускании по нему электрического тока отлично от нуля, На образец воздействуют внешним постоянным магнитным полем, вектор индукции которого перпендикулярен рабочей поверхности образца, параллелен оси соленоида и направлению облучения. Выбирают величину магнитной индукции постоянного магнитного поля из условия, что радиус вращения свободных носителей заряда, генерируемых электромагнитным излучением, превышает длину свободного пробега носителей заряда. Измеряют амплитуду и фазу переменной ЭДС на выводах соленоида, по которым определяют искомый параметр.

2 ил, ем, Ранее этот эффект для контроля полупроводников не использовался, Эффект заключается в том, что свободные носители заряда, генерируемые излучением приобретают в магнитном поле диамагнитный момент, Величина этого момента определяется интенсивностью излучения, величиной индукции магнитного поля, временем жизни и длиной свободного пробега свободных носителей заряда, При облучении полупроводника излучением, меняющимся по интенсивности во времени, диамагнитный момент также изменяется во времени. При этом изменяется эффективная магнитная проницаемость полупроводника и соответственно величина магнитного

1805512 потока через соленоид, что приводит к появлению на выводах соленоида электрического напряжения пропорционального производной от магнитного потока по времени, который в свою очередь пропорционален количеству свободных носителей заряда. Таким образом напряжение на выводах Соленоида определяется в конечном счете параметрами полупроводника (а также контролируемыми параметрами внешнего воздействия). При и роведении измерений выходной сигнал снимается непосредственно с выводом соленоида, что существенно уп рощает аппаратуру, необходимую для реализации предлагаемого способа.

Предлагаемый способ обеспечивает высокую локальность измерений поскольку электромагнитное излучение, например, инфракрасного диапазона может быть сфо- 20 кусировано в пятно диаметром несколько микрон, Электромагнитное излучение мо>кет быть также подведено с помощью гибкого световода диаметром несколько десятков микрон; локальность измерения в .25 этом случае имеет порядок диаметра световода, На фиг, 1 приведена функциональная блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 — эквива- 30 лентная электрическая схема позволяющая рассчитать параметры выходного сигнала, их зависимость от параметров полупроводника.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, состоит (см, фиг. 1) из соленоида 1, подключенного к регистрирующему прибору 2 и находящегося между полюсами электромагнита 3, световода 4, светодиода

5. Светодиод 5 подключен к генератору 6 40 через выпрямительный диод 7 и ограничивающее српротивление 8. Переменная емкость 9 подключена параллельна соленоиду

1. Контролируемая полупроводниковая пластина 10 находится у торца соленоида 1. 45

На эквивалентной схеме (фиг. 2) через обозначена индуктивность соленоида, через С-емкость контура, через R> — активное сопротивление соленоида, через R2 — активное сопротивление, характеризующее оми- 50 ческие потери в полупроводнике (при интенсивности излучения равной нулю), e—

ЭДС, обусловленная изменением магнитного потока через соленоид.

Способ реализуется следующим обра- 55 зом, Контролируемая полупроводниковая пластина 10 помещается около торца соленоида 1. Светодиод 5 через световод 4 освещает небольшую часть площади пластины

10, находящуюся в рабочей области солено1 ида 1, прерывистым излучением. Частота прерываний определяется генератором 6.

Под действием излучения периодически изменяется эффективная магнитная проницаемость освещаемой части полупроводника.

Это приводит к периодическому изменению магнитного потока через соленоид и появлению на его выводах напряжения, которое регистрируется регистрирующим прибором

2, Переменная емкость 9 используется для подстройки резонансной частоты контура на частоту генератора 6, Параметры выходного сигнала определяются параметрами электромагнитного излучения, величиной магнитной индукции электромагнита 3 и электрофизическими параметрами полупроводника, Анализ эквивалентной схемы показывает, что в случае, когда интенсивность излучения изменяется с резонансной частотой 0) амплитуда напряжения на катушке определяется соотношением

1 1МаРе Вц>Р,>то

22

12 л R m„EpR)v1 + и" а фаза (p=- Btctg г))г,. (2)

В выражениях (1) и (2) 1 — индуктивность соленоида; М вЂ” взаимоиндуктивность соленоида и витка тока радиусом Ro, текущим по границе освещаемой эоны; е — заряд электрода;! — длина свободного пробега носителя заряда;  — индукция магнитного поля, цо— эффективность конизации; Po — амплитуда изменения мощности излучения, m — эффективная масса свободного носителя заряда, Eo — энергия кванта излучения, R<— сопротивление соленоида, го — время жизни носителей заряда.

В случае, когда частота прерываний электромагнитного излучения близка к обратному времени жизни носителей заряда

То, значение zо может быть определено по фазе колебаний в контуре из (2), а длина свободного пробега 1 из (1).

В качестве примера рассмотрим возможность контроля времени жизни и длины свободного пробега электронов в полуизолирующем арсениде галлия. Поскольку ширина запрещенной зоны арсенида галлия

1,4 эВ, то.длина волны источника света

)1, должна быть (СЙ Зх10 х4,1х10 — 87 10-6 Vl

1,4 здесь с — скорость света, h — постоянная

Планка.

Время жизни носителей заряда в арсениде галлия то по порядка величины равно

1805512

10 7 с, а длина свободного пробега 1= 10 м.

Частоту прерываний источника целесообразно выбрать из условия вто= 1, й) /2x = 1/27LTp = 1,6.10 Гц.

В качестве источника излучения выберем полупроводниковый лазер с длиной волны 0,82 мкм (Ео = 2,4 х 10 Дж) и мощностью излучения 10 мВт. Излучение попадает в полупроводник через гибкий световод диаметром 2 мм. Соленоид представляет из себя катушку со средним диаметром D = 1 см, длиной!» = 0,1 см, числом витков В4 = 300. Собственная резонансная частота контура fo = 1,6 МГц, индуктивность

L = 1,6 мГн, емкость С = 6,3 пФ, взаимоиндуктивность М = 0,12 мкГн, добротность 0 =

=200, R< = 160 Ом. Индукция внешнего магнитного поля В = 0,5 Т, значение коэффициента эффективности ионизации qo = 0,9.

Подставив значения параметров в (15), получим Uo = 10мкВ.

Таким образом, чтобы определить время жизни неравновесных свободных носителей заряда и длину их свободного пробега, необходимо определить амплитуду и фазу напряжения на электрических выводах соленоида, что для напряжений порядка 10 мкВ можно выполнить, используя стандартные измерительные приборы.

Формула изобретения

Способ определения электрофизических параметров полупроводников, включающий обеспечение электромагнитной связи полупроводника с резонансной цепью и облучение полупроводника модулированным по интенсивности электромагнитным излучением с энергией квантов, достаточной для генерации свободных носителей заряда, о т5 личающийся тем,что,сцельюповышения локальности измерений и упрощения способа, электромагнитную связь обеспечивают путем помещения полупроводника в область пространства, примыкающую к

10 соленоиду, в которой магнитное поле этого соленоида при пропускании по нему электрического тока отлично от нуля подвергают образец воздействию внешнего постоянного магнитного поля, вектор индукции кото15 рого перпендикулярен рабочей поверхности образца и параллелен оси соленоида и направлению облучения, величину магнитной индукции постоянного

20 магнитного поля выбирают из условия, что радиус вращения свободных носителей заряда, генерируемых электромагнитным излучением, превышает длину свободного пробега носителей заряда, электромагнит25 ное излучение локализуют на контролируемом участке поверхности полупроводника, а частоту модуляции электромагнитного излучателя выбирают равной обратной величине ожидаемого времени жизни

30 свободных носителей заряда, измеряют амплитуду и фазу переменной электродвижущей силы, возникающей на клеммах соленоида, и по их значениям рассчитывают время жизни и длину свободного пробега

35 неравновесных носителей заряда, 1805512

11 г

25

1

Г

35

Составитель В,Подшивалов

Техред M.Ìoðãåíòàë

Корректор И,Муска

Редактор

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

Заказ 945 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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