Способ исследования энергетического спектра электронных состояний и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2415389:
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет (RU)
Изобретение относится к области электронной техники, микро- и наноэлектроники и может быть использовано для исследования энергетического спектра электронных состояний, носителей заряда в отдельно взятых наноструктурах или нанообъектах, локального исследования дефектов с глубокими уровнями в полупроводниковых материалах. Способ исследования энергетического спектра электронных состояний в образце заключается в определении температурной зависимости релаксации электрофизических величин, например тока, проходящего через образец, при внешних воздействиях, обнаружении исследуемого объекта путем сканирования в зондовом микроскопе, например атомно-силовом, и формировании барьерного контакта к исследуемому объекту зондом. Устройство, реализующее способ, содержит генератор прямоугольных импульсов, подсоединенный к устройству релаксационной спектроскопии глубоких уровней, подключенному к микроскопу, например атомно-силовому, с возможностью изменения температуры исследуемого образца. Технический результат - обеспечение возможности локального исследования энергетического спектра электронных состояний в наноструктурах. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области электронной техники, микро- и наноэлектроники и может быть использовано для исследования энергетического спектра электронных состояний, носителей заряда в отдельно взятых наноструктурах или нанообъектах, локального исследования дефектов с глубокими уровнями в полупроводниковых материалах.
Известен способ исследования энергетического спектра электронных состояний и дефектов с глубокими уровнями в полупроводниковых барьерных структурах методом релаксационной спектроскопии глубоких уровней, основанный на изучении температурной зависимости релаксации электрического тока, заряда или емкости барьерной структуры [1-4].
Прототипом способа и устройства являются существующая методика релаксационной спектроскопии глубоких уровней и устройства, ее реализующие, - спектрометры релаксационной спектроскопии глубоких уровней или более известные в англоязычной аббревиатуре DLTS-спектрометры, выпускаемые за рубежом. Отечественная промышленность такие устройства не выпускает.
Все DLTS-спектрометры позволяют исследовать энергетический спектр дефектов с глубокими уровнями в полупроводниковых барьерных структурах на основе контакта Шоттки, p-n-перехода, МДП-структуры. При этом барьерный контакт должен иметь линейные размеры, как правило, превышающие 100 мкм. Это обусловлено тем, что для осуществления контакта к исследуемому образцу обычно используются зонды с радиусом закругления более 10 мкм, которые подсоединяются к контактным площадкам образца. Образец помещается в измерительную ячейку. Такое оборудование не позволяет осуществить контакт к нанообъектам, имеющим размеры порядка десятков-сотен нм.
Прототипом измерительной ячейки может служить криостат фирмы JANIS, в котором используются иглоподобные зонды из вольфрама с радиусом закругления 0,1-200 мкм, а минимальная точность позиционирования зонда по трем направлениям X, Y и Z для модели "Model CCR4-MMP 5 K Closed Cycle Refrigerator Probe Station" составляет не менее 5 мкм [5], что неприемлемо для исследования отдельно взятых наноструктур, имеющих размеры порядка 0,1-100 нм.
Прототипом DLTS-спектрометра может служить, например, спектрометр фирмы "Sula Technologies", США [6].
Задача предлагаемого изобретения состоит в том, что в известный способ исследования энергетического спектра электронных состояний в образце, включающий помещение образца со сформированными электрическими контактами в измерительную ячейку, определение температурной зависимости релаксации электрофизических величин, например тока, проходящего через образец, при внешних воздействиях (например, освещении, подачи импульсов напряжения), вводится сканирующий микроскоп, например атомно-силовой, для обнаружения исследуемого объекта путем сканирования и формирования барьерного контакта к исследуемому объекту зондом.
Сканирующий микроскоп необходим для обнаружения исследуемого объекта путем сканирования и для формирования барьерного контакта к исследуемому объекту зондом. Современные зонды для атомно-силовой микроскопии имеют радиус закругления 1-100 нм, что достаточно для контакта с нанообъектами.
Сравнительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ позволяет проводить исследования энергетического спектра электронных состояний в объектах нанометрового диапазона, что отличает его от прототипа.
Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна", т.к. в известных источниках не обнаружен предложенный способ исследования энергетического спектра электронных состояний.
Следовательно, предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями, а последовательность операций при исследовании энергетического спектра электронных состояний отличается от существующих.
Данный способ предлагается для реализации научным лабораториям, предприятиям и организациям, занимающимся исследованиями в области микро- и наноэлектроники.
Для осуществления способа предлагается устройство, содержащее устройство релаксационной спектроскопии глубоких уровней и генератор прямоугольных импульсов, которые подключены к микроскопу, например атомно-силовому, с возможностью изменения температуры исследуемого образца.
Сущность изобретения и возможные варианты реализации предложенного способа поясняется следующим графическим материалом: структурная схема устройства, реализующего предложенный способ.
Импульсное напряжение поступает из блока 1 в блок 2, в котором осуществляется контакт к объекту зондом сканирующего микроскопа. Далее сигнал релаксации электрического тока из блока 2 поступает в блок 3 устройства релаксационной спектроскопии глубоких уровней, в котором осуществляется анализ этого сигнала.
Технико-экономический результат заключается в осуществлении локального исследования энергетического спектра электронных состояний в наноструктурах и развитии новых методов диагностики наноструктур и материалов на их основе.
Литература
1. Lang D.V. Deep level transient spectroscopy: a new method to characterize traps in semiconductors // J. Appl. Phys. 1974. V.45. P.3023-3032.
2. Берман Л.С., Лебедев A.A. Емкостная спектроскопия глубоких центров в полупроводниках. Л.: Наука. 1981. 176 с.
3. Денисов А.А., Лактюшкин В.Н., Садофьев Ю.Г. Релаксационная спектроскопия глубоких уровней // Обзоры по электронной технике. 1985. Сер.7. Вып.15(1141). 52 с.
4. ASTM standard F 978-02 Standard test method for characterizing semiconductor deep levels by transient capacitance techniques.
5. www.janis.com.
6. www.sulatech.com.
1. Способ исследования энергетического спектра электронных состояний, заключающийся в том, что образец со сформированными электрическими контактами помещают в измерительную ячейку, определяют температурную зависимость релаксации электрофизических величин, например тока, проходящего через образец, при внешних воздействиях, отличающийся тем, что производят обнаружение исследуемого объекта путем сканирования в зондовом микроскопе, например атомно-силовом, затем формируют барьерный контакт к исследуемому объекту зондом.
2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее устройство релаксационной спектроскопии глубоких уровней и генератор прямоугольных импульсов, отличающееся тем, что в устройство введен микроскоп, например атомно-силовой, с возможностью изменения температуры исследуемого образца.
