Способ определения диффузионной длины неосновных носителей заряда в гомо-р-п-переходе

 

Сущность изобретения; измеряют проводимость , концентрацию основных носителей и ток насыщения р п-перехода. Измерение проводят в ри n-областях гомо- p-n-перехода. Диффузионные длины электронов и дырок определяют расчетным путем. Наиболее близким к изобретению является способ определения диффузионной длины неосновных носителей из плотности тока насыщения s гомо-р-п-перехода, который равен сумме электронного Un и дырочного Up токов Dn . DE Is lsn + lsp en(KT erio po ( 7n Ln 3L Lp Po Ln )... (1) где n0 и po - концентрация свободных электронов и дырок в пи р-областях соответственно: m - собственная концентрация носителей; е - заряд электрона; К - постоянная Больцмана; Т - температура образца; Dn, Dp - коэффициенты диффузии элек тронов и дырок; Ln.Lp - диффузионные длины электронов и дырок; 0п . Op - проводимости пи р-областей перехода. 5 Ё VJ 4b О b CO 01

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 01 (21/66

ГОСУДАР СТВ Е ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21(4774413/25 (22) 26 .12.89 (46) 07.07.92, Бюл, N 25 (71) Черновицкий государственный университет (72) Т.П,Андреева и В.П.Махний (53) 621,382(088;8) (56) Воробьев Ю.В., Добровольский В.Н, Методы исследования полупроводников.—

К,: Высшая школа, 1988, с,232, Павлов Л.П, Методы измерения параметров полупроводниковых материалов.—

М.: Высшая школа, 1987, с,239, Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов. — M.: Энергия, 1973. с.656, Изобретение относится к технике измерения физических параметров полупроводников и полупроводниковых приборов, в частности содержащих гомо-р-п-переход.

Известны способы измерения диффузионной длины L неосновных носителей, которые можно условно разделить на две группы, К первой относятся методы исследования однородных образцов, ко второй— определение параметров готовых приборов, содержащих не более одного гомо-р-иперехода, например высокочастотные и импульсные диоды, фотодиоды, светодиоды и т,п. Поскольку в процессе создания р-и-перехода возможно значительное изменение

L по сравнению с его значением в исходном материале, предпочтение следует отдать второй группе мтеодов измерения. Кроме того, использование готовых приборов в большинстве случаев позволяет определять параметры HBOGHOBHblx носителей в условиях, близких к реальным условиям эксплуатации этих приборов, „„SU ÄÄ 1746435А1 (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИФФУЗИОННОЙ ДЛИНЫ НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ГОМО-Р-N-ПЕРЕХОДЕ (57) Сущность изобретения; измеряют проводимость, концентрацию Основных носителей и ток насыщения р ll-перехода.

Измерение проводят в р- и и-областях гомо I р-и-перехода. Диффузионные длины электронов и дырок определяют расчетным путем.

Наиболее близким к изобретению является способ определения диффузионной длины неосновных носителей из плотности тока насыщения Is гомо-р п-перехода, который равен сумме электронного !» и дырочНОГО !» ТОКОВ

DrI 0

Is = I.n + Iss = еп (" + — - ) = ро Ln 6no Lp

P(+ Р ) (1) где п0 и р — концентрация свободных электронов и дырок в и- и р-областях соответственно: п — собственная концентрация носите- . а лей; е — заряд электрона;

К вЂ”, постоянная Больцмана; . Т вЂ” температура образца;

D>, Dp — коэффициенты диффузии электронов и дырок;

L>,Lp- диффузионные длины электронов и дырок;

cr, оР— проводимости и- и р-областей перехода.

1746435 ее краю, что позволило избежать использования поправочных функций Ван-дер-Пау и вторичного эффекта Холла. Толщину слоя d определяли визуально под микроскопом, она составляла для исследуемого образца

15 мкм для р-слоя и 350 мкм для п-слоя.

Предварительно торец р-п-перехода обрабатывался в селективном травителе, Для определения концентраций электранов и дырок измеряли э.д.с. Холла в отсутствие и при наличии магнитного поля.

Рассчитывали коэффициент Холла Rx, Для

Уравнение (1) позволяет определить диффузионную длину только для одного типа носителей (электронов или дырок) и только в структурах с сильно различающейся проводимостью квазинейтральных обла- 5

+ + стей, то есть р -n- или и -р-переходов, Величины по, ро, Оо, Ор, 4 определя" ются экспериментально, а nl — постоянная величина при данной температуре для каждого полупроводника. 10

Недостатком данной методики является ее неприменимость к подавляющему числу полупровОдниковых структур с р-и-перехо. дом, у которых о, и сго мало различаются.

Выражением (1) нельзя в ряде случаев поль- 15 зоваться даже для резко асимметричных переходов, поскольку для получения этих соотношений из формулы (1) должны выпол няться неравенства Isp» lsn или Isp»lsp, CT 0п 20 т,е. фактически — - - > ) " или наоборот, -р . Ln

Указанные критерии трудно установить, так как для этого. требуется знание не только определяемых из опыта проводимостей и- и р-областей диода и концентраций основных носителей в них, но также значения о и Lp, которые как раз и необходимо найти, Целью изобретения является обеспече-. ние возможности одновременного определения диффузионной длины для электронов 30 и дырок в гомо-р-и-переходе с любым соотношением проводимостей р- и и-областей перехода.

Пример. Применяют. способ к гомо-рn — переходам из фосфида галлия баР, имею- 35 щего при 300 К ширину запрещенной эоны ец =2,26 эВ.

Проводимости о (удельное сопротивле=1 ние p = —,,) п — n р-областей р-и-перехода 40 определялись методом Ван-дер-Пау. Для этого на пластину фосфида галлия с гомо-ри-переходом с обеих сторон наносились омические контакты, диаметр которых составлял 0,5 мм, что существенно меньше 45 диаметра пластины (30 — 50 мм). Контакты размещались на пластине симметрично по исследуемого образца при 300 К он оказался равным для и- и р-областей соответственно Rxp 21 см /Кл и Рхр 31 см /Кл.

Концентрации по и ро можно найти из выражений

hp г е Rxn ро (2) е дахр

Здесь е = 1,6 х 10 "9 Кл, à r определяется механизмом рассеяния и принимается за 1, Вычисленные по формулам (2) концентрации электронов и уырок пои 300 К составляли: по =3 10 см, а ро = 2 ° 10 см,. Такие

17 - 17 -3 же значения концентраций получены и из измерения емкости контакта металл — баР.

Последние получены напылением никеля через маску диаметром 1 мм на обе стороны полупроводниковой пластины.

Для изготовления диодов пластина разрезалась на образцы размером 1х1 мм, на которых создавались с обеих сторон омические контакты описанным способом. Затем измерялэсь вольтамперная характеристика (ВАХ) прямосмещенного р-и-перехода на постоянном токе, вплоть до 40 мА. В области больших прямых смещений ток надбарьерный и описывается выражением

КТ lnl KT где! и Ч вЂ” измеряемые ток и напряжение;

Т вЂ” температура;

R — последовательное сопротивление тела кристалла и омических контактов.

Из (3) следует, что зависимость I(I) в координатахlnl- К. отlдолжна изображаться

ev прямой, что хорошо подтверждается на опыте. Экстраполяция этой прямой к оси ординат- дает значение Inl> (отсечка на оси ординат при I = О). Из наклона прямой можно определить последовательное сопротивление, Найденное значение inl>- =-76, что составляет величину Is = 10 А/см . Расчетные значения эффективных плотностей состояния в зонах и собственной концентрации при 300 К равны: Nc = 1,17 ° 10 Б см ;

Nv = 1,8 10" см-з и n =2 ° 10.1 см

Рассчитанные по формулам

КТ(т, пгг 1п pp/Nv е Is ës po . тл п 7Л

К Т 0 р nf In np/N с

S is Л, р, !лрл7(ф, с использованием экспериментально измеренных величин значений диффузионных . длин составляют: Q = 5,2 — 7,8 мкм; Lp = 0,4—

-0,56 мкм, Диффузионная длина неоснов1746435 ных носителей согласуется с величиной, определенной из спада наведенного тока.

Величины времени жизни неосновных носителей, рассчитанные по формулам

g2 2 по . КТо электронов и дырок в гомо-р-и-переходах с любым соотношением проводимостей р- и и-областей перехода, дополнительно определяют величину проводимости в другой части р-п-перехода, а диффузионные длины электронов и дырок определяют по формулам

К Т on n) in po/Nv е I* no po Я п;7Д, 10

Составитель И.Петрович

Редактор Л.Алексеенко Техред M.Ìîðãåíòàë . Корректор Н.Король

Заказ 2398 - Тираж; Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент"; г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

6 рРо

2 2

КТo> с использованием экспериментальных и расчетных значений, входящих в них параметров, составлят I„=(3-14)-10,с и r =

-8 (5 25) 10. с.

Формула изобретения

Способ определения диффузионной длины неосновных. носителей заряда в гомо-р-п-переходе, включающий определение проводимости одной из частей гомо-р-и-перехода, измерение тока насыщения, опре- р0 деление концентрации носителей в обеих частях р-п-перехода, определение искомой величины расчетным путем по формуле, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения возМожности одновременного 95 определения диффузионной длины для где по. ро — концентрации электронов и. дырок и- и р-областей; о, ор — проводимости п- и р-областей, Nv,. Nc — эффективные плотности состояний в валентной зоне и.зоне-проводимости;

1 — ток насыщения, k — постоянная Больцмана;

Т вЂ” абсолютная температура;

ni — собственная концентрация носителей; е — заряд электрона,