Способ определения концентрации глубоких примесей в полупроводниках

 

..SU„„867239, А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

С ОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН 5„Н 01 L ы/66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2930806/18-25

" (22) 23.05. 80 (46) 07.07 83, Бюл. 0 25 (72) В. Ф. Банная, Л. Й. Веселова и Е.М. Гершензон (71) Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственный педагогический институт им. В. И. Ленина (53) 621.382(088.8) (56) 1. Милнс А. Примеси с глубокими уровнями в полупроводниках. M. "Мир". с. 24.

2. Кикеладзе, Диссертация на соискание ученой степени кандид.физ;-мат. наук, М., ФИАН СССР, 1960, с.34-39 (прототип ). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГЛУБОКИХ ПРИМЕСЕЙ В ПОЛУПРО"

ВОДНИКАХ, основанный на измерении постоянной Холла при низких температурах, о т л и.ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа на ..случай, когда концентрация глубоких центров меньше или равна концентрации мелких центров рекомбинации, измерения проводят при. температуре жидкого гелия, освещают образец светом с энергией квантов больше ширины запрещенной зоны и дополнительно измеряют электропроводность образца.

1 8672

Изобретение относится к полупро. водниковой технике и может быть использовано для контроля пблупроводниковых материалов, Известен способ исследования глу.боких примесей в полупроводниках,основанный на вольтфарадных измерениях ffJ.

Недостатком этого способа является его непригодность дпя определения концентрации глубоких примесей в случае, когда она меньше или сравнима с концентрацией мелких примесей.

Известен также способ определения 15 концентрации глубоких примесей в полупроводниках, основанный на:.изме- рении постоянной Холла при низких температурах (2f .

Недостатком этого способа является его непригодность для определения концентрации глубоких примесей в случае, когда она меньше или сравнима с концентрацией мелких примесей. Целью изобретения является рас- 25 ширение функциональных возможностей способа на случай, когда концентрация глубоких центров меньше или равна концентрации мелких центров рекомбинации.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения концентрации глубоких примесей в полупроводниках, основанном на измерении постоянной Холла при низких температурах, измерения проводят при температуре жидкого гелия,освещают образец светом с энергией квантов больше ширины запрещенной зоны и дополнительно измеряют электро. проводность образца.

На чертеже представлена зависимость, постоянной Холла КН от генерации свободных носителей 6.

В соответствии с поставленной целью предлагается использовать новый механизм выявления глубоких примесей. Таким механизмом может служить рекомбинация свободных электронов и дырок через глубокие центры при наличии собственного фотовозбуждения, в процессе которой электроны при. тягиваются на нейтральные центры,а дырки- на образовавшиеся отрицательно заряженные. При этом глубокие центры играют..существенную роль в условии электронейтральности полупроводника. Для определения концентрации глубоких центров предла39 о е (п и+ pp) где е - заряд электрона; и, р - концентрация свободных электронов и дырок соответственно;

>, p - подвижность свободных электронов и дырок соответственно.

Постоянная Холла при наличии двух типов свободных носителей записывается в виде и ° b (Up (p-и) (2) к = 7

Е (P>bnj iÜ ð В (р-n)<

В -индукция магнитного поля.

Выражения (1),(2) дают возможность определить концентрации электронов и в зоне проводимости и дырок р в валентной зоне.

В условиях биполярной генерации (межзонный подсвет) уравнение ней" тральности имеет вид

N + Na + n -- Ng. + р (3) где и - число заряженных глубоких центров, Ng .М -концентрации заряженных мелких доноров и акценторов,рассчитываемые по найденным значениям и и р известным Ng,N и энергиям ионизации Я1, f>, Если генерация носителей подсветом больше, чем термическая генерация с глубокого уровня, полная концентрация глубоких центров определяется следующим образом.

P В

М =(--- --- + 1) и (4) о где N - находится из выражения (3);

В, — коэффициенты захвата электронов на глубокие нейтральные,а дырок гается производить межзонную подсвет. ку образца при гелиевых температурах и в этих условиях измерять электропроводность6, и R< °

Количественйое ойределение концентрации глубоких примесей заключается в нахождении доли заряженных центров из уравнения нейтральности.

Расчет выполняется следующим образом.

В отсутствие магнитного поля электропроводность полупроводника описывается выражением

867239 з на глубокие заряженные центры соответственно (для Ge -ц--, 10 ).

В 2

Наиболее точными и простыми являются измерения в области таких интенсивностей подсвета, когда генерация свободных носителей соответствует инверсии постоянной Холла R„(G)=-0.

В этом случае концентрации электронов.и дырок равны и определяются из измерений о a N N-- йа о ° p а

Ь и = --- и . (5)

Во

Затем определена концентрация заряженных мелких доноров и акцепторов. с помощью стандартных статистических

1 формул, пойо 9 -3

Ng=--- -- 3 8 10 см и ю и =Q--в =4 8 10В cì . р 1

Cv . э ч к,т

Предлагаемый метод пригоден в случае, когда механизм рекомбинации носителей через глубокие центры является преобладающим. В Ge это условие выполняется, если концентрация свобод-3 . ных носителей меньше, чем 10 см,а примесей и -, Nд меньше, чем 10 ®см-. gp

Пример, Определена концентрация глубоких примесей в образце герЯ -3 мания, содержащем 1,3 ° 10 см сурьмы и

1,1 10 см индия. На фиг. 1 представлена зависимость R„(G) полученная для 25 этого образца. В точке G = G R H uc1 Н пытывает инверсию.

Пер вона чал ьно определена концен трация и в случае, когда G = G . При, использовании экспериментальных значений о =10 ом см и R =»,8 10 см /кул при Н =5800 3, из (1,2) получено

n = 2,8 lu см, р=l,б ° 10 см, Л -з 8 -з

При этом использовались вели чины: 35

% 2 .щ =4 8,106 - - л =3 1 106 м

Pn В век "Р в сек подвижности электронов и дырок при рассеянии импульса на акустических колебаниях решетки при Т=4,2К. йе, N> - плотности сос"ояний в зоне проводимости и в валентной зона соответственно.

После проведенных расчетов из (3) и =4 lp см и из (4) N =2,2 10 см

Для G =6» расчет проводится по более простой форме. Из экспериментальных значений бо (61) =7" 10 ом см и й„(С„) =0 имеем и = р = 5,5 10 см

6 -3

N - -2 10 см йд= 1,4 10 см и =2 ° 10 см о и =2 -10 см

-3

Видно, что концентраций глубоких примесей,.рассчитанные при Q и G с помощью (1,2) хорошо совпадают.

Способ может найти применение в научных исследованиях,при разработке методик получения полупроводников . с заданными параметрами и при изготовлении полулроводниковых прйборов, 1

867239

2 &у отн. ед.

Редактор С. Титова

Заказ 6372/1 Тираж 703

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

RNy

СИ ф

Составитель Л; Смирнов

Техред N,Tåïåð Корректор И,Ватрушкина

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4