Способ определения концентрации локальных центров в полупроводниках

 

Изобретение относится к способам бесконтактного определения концентрации локальных центров в полупроводниковых материалах путем пропускания электромагнитного излучения через образец . Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона определяемых концентраций. Согласно способу , настраивают частоту источника электромагнитного излучения таким образом , чтобы энергия кванта излучения была близка энергии перехода электрона в измеряемом полупроводнике с глубокого уровня в зону проводимости или из валентной зоны на глубокий уровень. Излучение модулируют по интенсивности на частоте f, превращают в одну из форм циркулярной поляризации, пропускают через образец, помещенный в переменное магнитное поле частоты f , и направляют на фотоприемник. Получают отнощение сигналов на частотах f, и f2, которое пропорционально концентрации локальных центров образца. 2 ил. S О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1413684 А1 ц 4 Н 01 L 21/66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ С8ИДЕТЕПЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4081467/24-25 (22) 05,05.86 (46) 30,07.88. Бюл. № 28 (72) Е.К.Галанов, Г.H.Ïîòèõîíîâ и Л.В.Степкина (53) 621.382(088.8) (56) Мильвидский М.Г. и др. Структурные дефекты в монокристаллах полупроводников, М.: Металлургия, 1984, с. 255.

Батавии В,В. Контроль параметров полупроводниковых материалов и эпитаксиальных структур: Сов. радио, 1976, с. 85-88, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

ЛОКАЛЬНЫХ ЦЕНТРОВ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ (57) Изобретение относится к способам бесконтактного определения концентрации локальных центров в полупроводниковых материалах путем пропускания электромагнитного излучения через образец. Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона определяемых концентраций. Согласно способу, настраивают частоту источника электромагнитного излучения таким образом, чтобы энергия кванта излучения была близка энергии перехдда электрона в измеряемом полупроводнике с глубокого уровня в зону проводимости или иэ валентной зоны на глубокий уровень.

Излучение модулируют по интенсивности на частоте f превращают в одну из форм циркулярной поляризации, пропускают через образец, помещенный в переменное магнитное поле частоты Г,, и направляют на фотоприемник. Получают отношение сигналов на частотах

f< и 1, которое пропорционально концентрации локальных центров образца.

2 ил, 141368

Изобретение относится к технической физике, а именно к полупроводниковой электронике, и может быть использовано в электронной и полупроводниковой промышленности с целью

5 бесконтактного измерения концентрации локальных центров в полупроводникахх.

Цель изобретения — повышение точО ности и расширение диапазона определения концентрации локальных центров.

На фиг, 1 показана схема устройства для реализации способа;. на фиг.2— распределение магнитного кругового дихроизма Ю и концентрации локальных цент1оов Б в полупроводнике ХпБЬ по длине образца 1.

Устройство состоит из источника 1 электромагнитного излучения, зеркал.. 20

2 и 3, поляризатора 4, обтюратора 5„ четвертьволновой фазовой пластинки б. объектива 7, электромагнита 8, образца 9, объектива 10, фотоприемника

l1, избирательных усилителей 12, 13 25 (f 18 Гц и Г =200 Гц), синхронных детекторов 1Й, 15, делителя 16, аналого-цифрового преобразователя 17, согласующего устройства 18, микроЭВИ

19, дисплея 20, блока 21 питания элек-30 тромагнита.

Пример. Проводят измерениие концентрации локальных центров в

ХпБЪ (11 = 3 10 см при T=77 К, где

2l концентрация свободных носите35 лей), Рабочую область спектра электромагнитного излучения источника выбирают в зависимости от типа полупроводника и характера дефектов кристаллической решетки. Энергия кванта электромагнитного излучения должна быть близка (отступление не более 2-3 полуширин соответствующих полос поглощения} энергии перехода электрона с глубокого уровня локального центра в зону проводимости или из валентной зоны на этот глубокий уровень. В случае полупроводника ТпБЬ глубокий уровень, обусловленный дефектами кристаллической решетки, имеет энергию

E =E,-0, l эВ, где Е, --- положение дна зоны проводимости.

При рабо-е с такими монохромати5э че скими источниками излучения как па зеры СО и Не-Ne,, излучающими в областях длин вопи % =i0ðб; 3,39, 1р 5 и .0.,63 мкм, всегда можно подобрать излучение с энергией кванта М, близкой к энергии вышеупомянутого перехода. Необходимым условием при этом должно быть М ьЕ, где hE — ширина запрещенной зоны.

Поскольку для TnSb энергия перехода электрона с глубокого уровня в зону героводнмасти равна примерно

О,li эВ, то в качестве ис очннка электромагнитного излучения используют лазер на СО, так как энергия кванта излучения h)=0,116 эВ и удовлетворяет условию (E -E )=М .

Излучение после источника 1 электромагнитного излучения преобразуют в линейно поляризованное, пропуская через поляризатор 4, модулируют по амплитуде с частотой Г =200 Гц, пропуская через обтюратор 5, преобразу,от в одну из форм круговой поляриза/ ции правую или левую) пропуская через четвертьволновую фазовую пластинку 6, фокусируют на образце 9, с целью локализации измерений в помещенном в переменное магнитное поле электромагнита 8 (f 18 Гц), и направляют на фотоприемник 11, Снимаемый с фотоприемника 11 сигнал усиливается избирательными усилителями 12, 13 и детектируется синхронными детекторами 14, 15 на частотах f, =18 Гц и е". =200 Гц. Далее сигналы подаются на делитель 16 в котором происходит их деление. Отношение этих сигналов D определяет искомую величину, которая обсчитывается ЭВИ

19 и выдается на дисплей 20.

Отношение сигналов ЕВ есть магнитный круговой дихраизм и определяется соотношением

4 d Даос Й (» 4110 d 4 OL d) 87a

4ueLd 4 к d (1,е +1,е ) sin2iif t где де. — приращение коэффициента поглощения для циркулярно поляризованного излучения, обусловленное магнитным полем;

6.„ о. — коэффициент поглощения электромагнитного излучения при совпадении направлений распространения излучения с направлением магнитного поля

141368 .+ и при противоположной направленности распространения излучения и магнитного поля соответственно;

d — толщина образца;

Т вЂ” поток излучения, прошедший через образец при напряженности магнитного поля Н=О.

Величина hD связана с концентраци- 10 ей локальных центров Б в полупроводнике следующим соотношении:

Ц3

N =-M

l5

-<> ед,пл. где М=О, 3 10 — - - — — калибровочный см гкЭ коэффициент для InS>.

Калибровочный коэффициент M определяют из соотношения 20 г г

< 1а (V„.а — оо ) l;

«(< . 1 +u ã.,)

<««Г1а . С(а-, )

+ В(а,1)+ -- — --- Н,25 (1< Р г)+Я Г

KT 2<

<а «<а где 11 а

Я

За

Г, Нх

А(а-,) )

В(а,) )—

С(а ) концентрация локальных центров; частота перехода электрона с глубокого уровня а в зону проводимости 1 (или из валентной зоны на локальный уровень); полуширина полосы излучения, соответствующая переходу с глубокого уровня в зону проводимости а-« ; частота электромагнитного излучения, напряженность магнитного

40 поля; член, обусловленный зеемановским расщеплением, член определяемый ме е- 45 нием вероятностей переходов с. магнитных подуровней одного уровня вследствие смещения состояний; член, определяемый различием населенностей магнитных

50 подуровней исходного состояния (при комнатных температурах, членом можно пренебречь); постоянная Больцмана; температура образца; постоянная Планка.

Для конкретных экспериментальных условий в случае образца InSb:

<4

Qj =l 67 10 Гц; H=l кЭ; со =1, 76. 10 Гц; h

Г 0,02 эВ; = „ =1,0546«

«10 gm.с;

T=77 К, На фиг. 2 представлено распределение концентрации локальных центров в полупроводнике Тп$Ь (11 3 10 см при

Т=77 К, выращен по методу Чохральского, срез (211)).Разрешение по образz цу 50 50 мкм, погрешность измерения

ЗХ.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения концентраций локальных центров по сравнению с прототипом в 10 раз, расширить диапазон измеряемых концентраций до 10 см

Повышение точности, расширение диапазона измеряемых концентраций локальных центров и увеличение локальности измерениИ дает возможность контролировать однородность распределения локальных центров по образцу с линейным разрешением 0 05 мм, существенно улучшить качество выпускаемых полупроводниковых материалов.

Формула изобретения

Способ определения концентрации локальных центров в полупроводниках, включающий облучение полупроводниковэго образца электромагнитнь<м излу" чением и регистрацию интенсивности излучения, прошедшего через образец, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона определения концентрации локальных центров, образец помещают в переменное магнитное поле частоты f облучение ведут циркулярнополяризованным и модулированным по

t интенсивности на частоте f излучениг. ем с энергией кванта, равной энергии перехода основного носителя заряда с глубокого уровня локального центра в соответствующую зону полупроводника, причем направление магнитного поля параллельно направлению распространения излучения в образце, регистрируют отношение интенсивностей прошедшего через образец излучения на частотах, и f и по их отношению определяют искомую величину, 1413б84

Фа Corer. ed) (ve) Составитель И.Петрович

Редактор N.Áàíäóðà Техред А.Кравчук

Корректор Л.Патай

Заказ 3791/54

Тираж 746 Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4