Устройство для измерения параметров поверхностных состояний на границе раздела в полупроводниковых гетеропереходах

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНЫХ СОСТОЯНИЙ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕТЕРОПЕРЕХОДАХ, содержшдее источник питания, измеритель стекающего заряда, первый электронный 1 S-i ключ для подсоединения исследуемой структуры к источнику питания, второй электронный ключ для подсоединения исследуемой структуры к измерителю стекающего заряда, регистрирующий прибор и блок управления электронными ключамиf обеспечивающий синхронное переключение структуры от источника питания к измерителю стекающего заряда, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения путем обеспечения возможности дополнительного определения потенциалов границы раздела и спектральной плотности поверхностных состояний , в устройство введены отражатель тока, включенный между выхо- § .дом источника питания и первым элект- . ронным ключом, амплитудный детектор, 1/Л подключаемый вторым электронным 1 ключом между исследуемой структу- № рой и входом регистрирующего прибора и система импульсного освещения с гетероперехода.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ЗШ Н 01 L 21/бб

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИЙ г (21) 3301792/18-25 (22) 11 ° 06 ° 81 (46) 07 ° 01 ° 84. Бюл. В 3

" (72) В.И. Поляков, П.И. Перов и Л.A. Авдеева (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники AH СССР (53) 621 ° 382 (088 ° 8) (56) 1. Литовченко В.Г. и Горбань А.П.

Основы физики микроэлектронных систем металл-диэлектрик-полупроводник, Наукова Думка, Киев, 1978, с. 345 °

2 ° Авторское свидетельство СССР

9 786728, кл. Н 01 3, 21/66, 1979 ,(прототип) . (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТНЫХ СОСТОЯНИЙ

НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ГЕТЕРОПЕРЕХОДАХ, содержащее источник питания, измеритель стекающего заряда, первый электронный ключ для подсоединения исследуемой структуры к источнику питания, второй электронный ключ для подсоединения исследуемой структуры к измерителю стекающего заряда, регистрирующий прибор и блок управления электронными ключами, обеспечивающий синхронное переключение структуры от источника питания к измерителю стекающего заряда, о т л и ч .а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения путем обеспечения возможности дополнительного определения потенциалов границы раздела и спектральной плотности поверхностных состояний, в устройство введены отражатель тока, включенный между выхо- g дом источника питания и первым элект-. ронным ключом, амплитудный детектор, /) подключаемый вторым электронным ключом между исследуемой структу- С рой и входом регистрирующего прибора и система импульсного освещения гетероперехода.

1025291

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения параметров поверхностных состояний на границе раздела в полупроводниковых гетероструктурах различного типа.

Известны устройства для определения параметров границы раздела полупроводник-диэлектрик, принцип действия которых основан на измерении зависимости высокочастотной емкости исследуемых структур от напряжения смещения 1), Однако эти устройства применимы для исследования гетеропереходов только в тех случаях, когда гетеропереход при определенных приближениях можно рассматривать (как МДП-структуру.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерений параметров поверхностных состояний (ПС) на границе раздела в полупроводниковых гетеропереходах (2), позволяющее измерять величину заряда на границе раздела и интегральную плотность перезаряжающихся ПС, оно содержит источник питания, измеритель стекающего заряда, первый электронный ключ для подсоединения исследуемой структуры к источнику питания и второй электронный ключ для подсоединения исСледуемой структуры к измерителю стекающего заряда, регистрирующий прибор и блок управления электронными ключами, обеспечивающий синхронное переключение структуры от источника питания к измерителю стекающего заряда. Недостатком этого устройства является невозможность определения потенциалов границы раздела и спектральной плотности поверхностных состояний.

Целью изобретения является расширение области применения устройства путем обеспечения возможности дополнительного определения потенциалов границы раздела и спектральной плотности поверхностных состояний в реальных полупроводниковых гетеропереходах.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения параметров поверхностных состояний на границе раздела в полупроводниковых гетеропереходах, содержащее источник питания, измеритель стекающего заряда, первый электронный ключ для подсоединения исследуемой структуры к источнику питания, второй электронный ключ для подсоединения исследуемой структуры к измерителю стекающего заряда, регистрирующий прибор и блок управления электронными ключами, обеспечивающий синхронное переключение структуры от источника питания к измерителю стекающего заряда введены отражатель тока, включенный между выходом источника йитания и первым электронным ключом амплитудный детектор, подключаемый вторым электронным ключом между исследуемой структурой и входом регистрирующего прибора, и система импульсного освещения гетероперехода.

На чертеже дана схема устройства.

10 Оно содержит источник питания 1, отражатель тока 2,.исследуемый гетеропереход 3, блок управления 4, систему 5 импульсного освещения гетероперехода, амплитудный детектор 6, измеритель заряда 7, регистрирующий прибор 8 и электронные ключи 9 и 10.

Устройство работает следующим образом.

С помощью блока управления 4 исследуемый гетеропереход 3 подключается к отражателю тока 2 и к амплитудному детектору б. Величина тока на выходе отражателя тока 2 регулируется источником питания 1 и не изменяется при освещении гетероперехода и уменьшении его сопротивления. Таким образом, задается напряжение смещения на исследуемой структуре. Затем гетеропереход освещается импульсом света со спектральной энергией 1®> Eg, Е, где Eg„и

Š— ширина запрещенной зоны полуьг проводниковых материалов гетероперехода. Возникающее при импульсном освещении изменение напряжения на

35 гетеропереходе пропорционально фотоЭДС, которая при насыщении равна ((/(),)*(Ц @g),rде gg u Qg потен циалы на грайице раздела; — заряд электрона ° Величина этого изме40 нения фиксируется амплитудным детектором 6 (выделяющим максимальное значение импульсного сигнала фотоЭЦС и регистрируется прибором 8. Затем гетеропереход освещается импуль45 сом света с Eg, Г(Ъ) ) Er . При этом на приборе 8 регистрируется величина, равная — %/а .

Из двух проведенных измерений фото-ЭДС насыщения при данном напряже50 нии смещения определяются величины (, и г, т.е. искомые потенциалы границй раздела полупроводникового гетероперехода. Затем сигналом с блока управления 4, подаваемым на электронные ключи 9 и 10, исследуемый гетеропереход синхронно отключается от отражателя тока 2 ключом 9 и подключается ключом 10 к измерителю величины стекающего заряда 7. Разряд поверхностных состояний может быть

60 стимулирован внешним воздействием, например освещением. Величина стекающего заряда (Q ) регистрируется прибором 8 и позволяет рассчитать заряд перезаряжающихся поверхностных состояний (ПС) Qsq=Q -Ц„, где Я„

10г5г М

Редактор Л. Утехина Техред A.Áàáèíåö Корректор A. Зимокосов

Тираж &83 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий.113035, Москва,. Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1008/1

Филиал ППП Патент, r, Ужгород, ул. Проектная, 4 подвижный заряд (рассчитывается или измеряется, например, методом высокочастотной емкости).

Повторяя измерения при различных напряжениях смещения, (V), получаем зависимости изменения потенциала границы раздела гетероперехода и изменения величины заряда перезаряжающихся ПС от напряжения смещения. Получив данные зависимости, можно определить спектральную плотность ПС, которая по определению пропорциональна отношению изменения заряда ПС к изменению потенциала на границе раздела. для реализации предлагаемого устройства используются обычные схемы отражателя тока и амплитудного детектора ° Источником света может служить, например, фотовспышка

ФИЛ-llM с набором светофильтров.

Предлагаемое устройство позволяет измерять параметры поверхностных состояний на границе раздела в реальных полупроводниковых гетероперехо10 дах любого типа и при любой концентрации нескомпенсированных примесей в полупроводниковых материалах гетероперехода. Это является актуальным для физических исследований re 5 теропереходов и разработки устройств

1 на их основе.