Способ определения степени компенсации примесей в полупроводниках

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ КОМПЕНСАЦИИ ПРИМЕСЕЙ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ, преимущественно содержащих одну или несколько примесей с близкими энергиями ионизации, основанный на измерении ЭДС Холла в образце, о т - • 'личающийся тем, что, с целью упрощения и повышения точност:^, • в криостат дополнительно, помещаютэталон, размещают его так, чтобы он 'находился в одинаковых условиях и при., одинаковом фоновом облучении с .• исследуемым образцом устанавливают индукцию магнит-ного поля, обеспечивак!- щую равенство единице отношения' холлфакторов образца и эталона, ЭДС Холла измеряют при любой произвольно выб-. ранной температуре иа 'области температур вымораживания примесей и вычисля1с!т степень компенсации примесей по формуле., 'Г эт •jT т'-[-<к^-'>&Мг-у. •где К - степень компенсации исследуемого полупроводника; степень компенсации эталонного полупроводника; ЭДС Холла'исследуемого полупроводника и эталонного; толщины образца и эталона; и 1'^ - I токи через Исследуемый образец и эталон.Vvк"-иуГ-tid^^ -iW

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) . (11) А (51)4 Н 01 L 21/66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABT0PGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2664991/18-25 (22) 15. 09. 78 (46) 15.04.87. Бюл. ¹ 14 (7i) Институт радиотехники и электроники АН СССР (72) А.И.Коган и Т.M.Ëèôøèö (53) 621.382(088.8) (56) С.M.Wolfe et . al. Journal of Applied Physics, 1970, vol 41, № 2, р. 504.

Дж. Блекмор. Статистика электронов в полупроводниках., M., "Мир", 1964, с. 135-153. (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ

КОМПЕНСАЦИИ ПРИМЕСЕЙ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ, преимущественно содержащих одну или несколько примесей с близкими энергиями ионизации, основанный на измерении ЭДС Холла в образце, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения и повышения точностй, в криостат дополнительно помещают

1 эталон, размещаю его так, чтобы он находился в одинаковых условиях и прй, / одинаковом фоновом облучении с, исследуемым образцом устанавливают ин" дукцию магнитного поля, обеспечиваю! щую равенство единице отношения холлфакторов образца и эталона, ЭДС Холла измеряют при любой произвольно выб-. ранной температуре из области температур вымораживания примесей и вычисляют степень компенсации примесей по формуле

К V d I ) где К вЂ” степень компенсации исследуемого полупроводника;

К вЂ” степень компенсации эталонного полупроводника;

V и V„ — ЭДС Холла исследуемого полу- С» проводника и эталонного; зт й„и й„— толщины образца и эталона; и I" —, токи через исследуемый образец и эталон.

Т (».

К 1п (И„/аи„..„) где И

К

Е;

7074

Изобретение относится к,полупроводниковой технике и может быть ис-пользовано для определения степени компенсации примесей в полупроводниковых материалах, содержащих одну или 5 несколько примесей с близкими энергиями ионизации.

Известен способ определения степени компенсации примесей в- полупровод- . никах..В этом способе измеряют коэффициент Холла и электропроводность при температуре полной ионизации примеси и расчетным путем определяют степень компенсации примесей.

Недостатком этого способа является 15 его непригодность для германия и кремния, в которых при температуре истощения примесей рассеяние носителей заряда происходит либо на колебаниях кристаллической решетки, либо являет- 2О ся смешанным, т.е. примесным и решеточным»

Известен также способ определения степени компенсации примесей в полупроводниках,-преимущественно содержа25 щих одну или несколько примесей с близкими энергиями ионизацйи, осноI ванный на измерении ЭДС Холла в образце.

Недостатком этого способа является его сложность, обусловленная необходимостью измерений ЭДС Холла в широком температурном интервале криогенных температур и сложностью обработки результатов измерений. 35

Другим недостатком этого способа является невысокая точность определения степени компенсации.

Целью изобретения является упрочнение и повышение точности. 40

Поставленная цель достигается тем, что в криостат дополнительно помещают эталон, размещают его так, чтобы он находился в одинаковых условиях и при одинаковом фоновом облучении с иссле- 45 дуемым образцом., устанавлчвают индукцию магнитного поля, обеспечивающую равенство единице отношения холл-факторов образца и эталона, ЭДС Холла измеряют при любой произвольно выб- 50 раиной температуре из области темпе "" " ратур вымораживания примесей и вычисляют степень компенсации примесей по формуле эт эт 55 Т

K= 1+(— — - 1)- — — — - —— (Кът )V 1 Тэ. » х н где К вЂ” степень компенсации исследуемого полупроводника;

55 2К э — степень компенсации эталон эт ного полупроводника;

V и 7 — ЭДС Холла исследуемого полупроводника и эталона; эт

d и д „ — толщины образца и эталона; и I — токи через образец и эталон.

Сущность способа состоит в том, что измеряют ЭДС Холла на контактах эт эталона V„ и исследуемого образца эт

V, а также токи I u I, причем измерения проводят только при одной ., произвольно выбранной температуре из . области температур вымораживания примесей в образце и эталоне.

При этом концентрации свободных носителе" п и п значительно меньше концентраций нескомпенсированных примесей, т.е. эт эт эт и ((N>z„-N« n ) и rl iс (Noox Nxo>n а также n (

Температура, при которой производят измерения, должна удовлетворять условию эффективное число состояний в зоне проводимости или валентной зоне (в зависимости от типа носителей тока); постоянная Больцмана; энергия ионизации основной примеси; кратность вырождения основного состояния примесного центра.

Равенство скоростей генерации носителей тока тепловыми колебаниями . решетки и излучением фона с одной стороны и скорости захвата носителей тока на незаполненные примеси, с другой стороны, имеет вид ь кОмп P(N Осн 11комо ) 9 эт эт эт эт (2) комп p(Nocn 1комн) у

I где э — коэффициент захвата свободных носителей тока ионизованной примесью; — коэффициент генерации носителей тока при ионизации примеси тепловыми колебаниями решетки и фоновым излучением.

Так как в обоих кристаллах основная примесь одна и та же, то М и Р совпадают.

3 707455

Из уравнений (2) и из определения комп степени компенсации примеси K=N / с

/Н „ следует, что

1 и К-1

= — — =т — 5 и (К ) -1

Эт откуда (3) 10

Подстановка (4) в (3) приводит к предлагаемой расчетной формуле для опреДеления степени компенсации примесей.

Редактор П. Горькова Техред М. Ходанич Корректор А, Зимокосов

«б МЮ

Заказ 1328/2 Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ 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

Магнитное поле, в котором производят измерения ЭДС Холла, устанавливают такой величины, чтобы холл-факторы

r в образце и эталоне были равны. Для этого индукции магнитного поля должна 15

d удовлетворять условию

В ъ>10 /м,. где  — индукция, Тесла; — подвижность носителей, см /В с.

При равенстве Холл-факторов r=r зт зт эт л tl Vx Йн

Вх и Vx С1н Тзт

Эталоны изготавливают с заданной тепенью компенсации примесей ядернофизическими методами или используют материал, в котором степень компенсации измерена с высокой точностью.

П р и м.е р. В качестве исследуемого образца берут германий р-типа, основная примесь в котором галлий, Эталон изготавливают путем легирования галлием и измеряют степень компенсации известными способами. Измеренное значение К =0,40. Образец и эталон помещают в гелиевый кридстат при температуре 4,2 К. Индукцию магнитного поля устанавливают равной 5 кЭрст.

При этом r=1.

Измеренные значения ЭДС Холла имеют значения: V =0,6 В, V„ 0,3 В при токах I=0,2 мкА, I 0,5 мкА, d „ =d„.

При этих значениях степень компенсации исследуемого образца К=0,77.

Преимуществами способа являются: возможность проводить измерения только при одной температуре и при наличии фонового облучения, отсутствие ° необходимости точного измерения этой температуры и величины магнитного поля.