Способ определения параметров ловушек в полупроводниковых материалах

 

Изобретение относится к физическим методам исследования и может быть использовано для определения параметров ловушек в полупроводниковых материалах. Цель изобретения - повышение точности определения параметров. Согласно изобретению, измерение проводят при двух значениях температуры образца. На него подают пары импульсов напряжений, заряжающих ловушки. Длительность импульсов одинакова и превосходит время переходного процесса зарядки ловушек. Измеряют площади под кривыми временной зависимости переходных токов, регистрируемых при зарядке ловушек. Измерение проводят при двух разных значениях временного интервала между импульсами. Причем, при обоих интервалах удовлетворяется условие 0<S<SUB>u1u1 и S_u2- площади под кривыми переходных токов. При одной из температур повышают амплитуды импульсов до тех пор, пока разность S_u1 и S_u2 не достигнет максимума. Далее не найденным величинам рассчитывают параметры ловушек.

Изобретение относится к физическим методам исследования твердых тел и может быть использовано для определения параметров ловушек в твердых телах и на границе раздела твердых тел. Цель изобретения повышение точности определения параметров. Примером конкретного использования способа является определение параметров ловушек МДП-ячейки, представляющее собой подложку n⁺ арсенида галлия (СаAs), легированную донорами до концентрации 210¹⁸ см^-3, на которой МОС-гидридным методом выращены слой n СаАs толщиной 2,5 мкм с концентрацией доноров 51015 см^-3 изолирующий слой толщиной 2,5 мкм c концентрацией доноров 510¹⁵ см^-3 и изолирующий слой толщиной 0,25 мкм в виде сверхрешетки, состоящей из слоя GaАs и Са_1-x, Al^xAs:0 с содержанием AlAs, равным 0,3 мольной доли. Площадь металлического электрода равна 510^-3 см². Фиксируют температуру образца Т 145 К. Подают импульс напряжения обеднения (- на полевом электроде) длительностью 100мкс и амплитудой 6B. От генератора подают два последовательных импульса зарядки U_зар на полевой электрод, амплитудой 3 В длительностью 1 мкс. Время задержки между импульсами t_з110 с выбрано таким образом, чтобы площади S_u1 и S_u2 под осциллограммами переходных токов I₁(t) и I₂(t) удовлетворяли условию 0<S<SUB>u11(t) первого, и второго I₂(t) импульсов U₁ и U₂ соответственно, на экране запоминающего осциллографа. После этого определяют разностную площадь S=S_u2-S_u1 под кривыми переходных токов. Эта площадь равна и имеет размерность заряда. Физический смысл S- заряд, покинувший ловушки за счет термоактивации за время задержки t_з1 Далее повторяют перечисленные операции для времени задержки t_з2= 1 и определяют время жизни носителей на ловушках при температуре Т₁= 145 К по формуле Затем устанавливают температуру T₂= 161 К. Повторяют перечисленные операции и вычисляют по формуле где К постоянная Больцмана, рассчитывают глубину уровня E_t=0,18 эВ. Монотонно увеличивая напряжение импульса зарядки U_зар устанавливают, что площадь под кривой переходного тока насыщается при U_зар=5 В. Так как площадь под кривой является зарядом Q на ловушках слоя, то по формуле где U_кp амплитуда импульсов, при которой S достигает максимума; - относительная диэлектрическая проницаемость образца; Р площадь исследуемого образца, определяют толщину заряженного слоя: Х_о 0,2 мкм. Кроме того, рассчитывают среднюю концентрацию ловушек n_t, используя формулу n_t=Q/(x_oqP, где q заряд электрона. Подставив в последнюю формулу найденные величины, получаем n_t= 510¹⁷ см^-3. Затем по формуле определяют сечение захвата ловушек. Здесь n_t концентрация ловушек, см^-3, V_t - тепловая скорость электронов, ; t_o длительность переходного процесса зарядки ловушек определяется из кривой переходного тока I_(t); m^* эффективная масса носителей заряда. Подставив n_t= 510¹⁷ см^-3, V_t=6-10⁶см/с для T160K,, t_o=10^-7с, получаем _t2,510^-18 см².. Способ может быть использован для широкого класса полупроводниковых и диэлектрических материалов.

Формула изобретения

Способ определения параметров ловушек в полупроводниковых материалах, заключающийся в предварительной зарядке ловушек образца и его охлаждении до температуры Т₁, меньшей, чем температура деградации ловушечных уровней, подаче на образец импульсного напряжения, измерении характеристик переходных токов и определении по ним параметров ловушек, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения параметров, после установления выбранной температуры Т₁ подают на образец обогащающее напряжение в виде последовательности пар прямоугольных импульсов U₁ и U₂, амплитуды которых больше напряжения порога инжекции и не превосходят пробивного напряжения, а их длительность превышает длительность переходного процесса зарядки ловушек образца, регистрируют осциллограммы переходных токов, измеряют площади под кривыми переходных токов на осциллограммах S_u1 и S_u2, определяют разность этих величин, причем разность площадей определяют при двух значениях времени задержки между импульсами каждой пары, при которых выполняется условие 0 < S_u2 < S_u1, после этого образец нагревают до температуры Т₂, также не превышающей температуру деградации ловушечных уровней, повторяют перечисленные операции и по измеренным данным рассчитывают энергетическую глубину ловушечных уровней, далее монотонно увеличивают амплитуду импульсов обогащающего напряжения до значения, при котором разность измеряемых площадей достигает своего максимума, после чего рассчитывают толщину заряженного слоя и плотность ловушечных уровней и их сечение захвата.