Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Время жизни н.н.з. является параметром, косвенно характеризующим чистоту монокристалла (наличие различных примесей, являющихся центрами рекомбинации), его структурное совершенство, величину внутренних напряжений в кристаллической решетке и др. Поэтому на величину времени жизни н.н.з. оказывают влияние режимы выращивания монокристаллов кремния, в частности атмосфера внутри камеры, а также последующая термическая обработка.
Указанное объясняет прямую связь качества многих полупроводниковых приборов с временем жизни н.н.з. в монокристаллах кремния, на основе которых изготовлены эти приборы. К настоящему времени предложено более 35 методик измерения времени жизни и диффузионной длины носителей заряда [57].
Одним из основных методов измерения времени жизни н.н.з. в монокристаллах кремния является метод модуляции проводимости в точечном контакте. Методика предназначена для измерения тн-н 3 в монокристаллах с УЭС, равным 5 - 10_1-5 ¦ IO2 Ом • см в диапазонах > 2,8 мкс для p-типа и > 7,7 мкс для n-типа. При измерениях образец включается в электрическую цепь. Одним из токоподводов служит омический контакт большой площади, создаваемый нанесением (натиранием) алюмо-галлиевым карандашом, другой осуществляют прижимом точечного металлического зонда к поверхности образца. Для монокристаллов кремния n-типа применяют алюминиевый зонд, для p-типа зонд из фосфористых бронзы или меди, либо других материалов, обеспечивающих инжекцию. Точечный контакт является эмиттером, через который в прямом направлении пропускают два сдвинутых во времени импульса тока. Амплитуды этих импульсов одинаковы и постоянны (режим
HO
Рис. 49. Блок-схема установки для измерения тн.н-3:
1 — генератор сдвоенных импульсов; 2 — резистивный элемент, реализующий режим генератора тока; 3 — ограничитель импульсов; 4 — осциллограф; 5 — блок формовки точечного контакта; 6 — образец
Рис. 50. Кривые напряжения в точечном контакте (U1- напряжейне при прохождении инжектирующего импульса; U2 — напряжение измерительного импульса)
генератора тока). Падение напряжения на образце, обусловленное прохождением этих импульсов, наблюдают на экране осциллографа.
Блок-схема установки для измерения времени жизни н.н.з. приведена на рис. 49. Форму кривых напряжения в точечном контакте при модуляции проводимости инжектируемыми носителями иллюстрирует рис. 50.
В момент прохождения первого (инжектирующего) импульса в образец вводят Н.Н.З., увеличивающие проводимость образца. По окончании действия инжектирующего импульса число н.н.з. уменьшается вследствие рекомбинации, поэтому сопротивление контакта начинает возвращаться к исходной величине, повышаясь с увеличением времени. Напряжение на образце в момент начала второго (измерительного) импульса определяется концентрацией н.н.з., сохранившихся в образце. В этих условиях падение напряжения на образце в начале измерительного импульса U2 есть функция интервала t между импульсами. Разность амплитуд первого и второго импульсов изменяется при изменении t по закону: U1-U2- const- ^1.
Фиксируя величину U1 и изменяя f, по наклону прямых (U1- U2) = -fit) можно определить т.
Широкое применение для измерения времени жизни н.н.з. в монокристаллах с УЭС > 100 Ом • см в интервале тн.н.з 60-3200 мкс с погрешностью ±20 % нашел фазовый метод, используемый в установке НЕ-109 (ГДР). Метод заключается в том, что проводимость исследуемого образца модулируется возбуждением н.н.з. с помощью синусоидального модулирования на низкой частоте света.
Под действием света в образце возникает синусоидальное напряжение фотоответа, фаза которого V1 отстает на угол <р2 от фазы возбуждающего луча: Ф = - <Р2. Из разницы обоих положений фаз можно опреде-
Ui
лить время жизни н.н.з. в образце: tg Ф = со т, где со - частота модуляции света.
Еще одним методом, который получил достаточно широкое распространение для измерения тн H 3 в монокристаллическом кремнии, является метод спада фотопроводимости. Образец помещают в высокочастотное поле, создаваемое з ограниченном пространстве специальным резонатором. В области локализации радиочастотного поля проводится возбуждение н.н.з. путем освещения монокристалла импульсами света. Инжектированные светом н.н.з. релаксируют к своему равновесному значению. Время их жизни определяется как время, в течение которого сигнал фотопроводимости падает от некоторого начального значения в е раз. Генерацию избыточных н.н.з. можно проводить с помощью различных источников. При использовании ксеноновой лампы-вспышки нижний предел измерения т составляет ~ 20 мкс. Для измерения времени жизни < 20 мкс требуются источники света с более крутым спадом заднего фронта импульса. В этих случаях успешно используются светодиода на основе GaAs, максимальная длина волны излучения которых близка к 1 мкм, а достижимое время спада импульса составляет ~ 100 не (рис. 51).
Еще более эффективным источником света может служить лазер на основе иттрийалюминиевого граната, обеспечивающий монохроматическое излучение с длиной волны 1,06 мкм [58]. Такой лазер обеспечивает возможность анализа большого объема кремниевого образца, поскольку излучение с такой длиной волны проникает на глубину 0,85 мкм, в то время как для арсенидгаллиевых светодиодов глубина проникно-