ГЛАВА 2
РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КРИСТАЛЛОВ AIIBVI
2.1. Метод измерения приповерхностного электростатического потенциала фотопроводника
Среди фотоэлектрических методов определения приповерхностного электростатического потенциала наибольшее распространение получил метод, основанный на измерении поверхностной фото - ЭДС [91]. Недостаток этого метода состоит в необходимости обеспечения совокупности специальных условий измерения, а именно: достаточно малой толщины образца, первоначального определения его объемных свойств, пренебрежение изменением поверхностной электропроводности вследствие фотовозбуждения, а также неизменности полного поверхностного заряда образца. В большинстве случаев все это вызывает неоднозначность измерения приповерхностного электростатического потенциала. Описываемый далее предложенный нами метод измерения [92] лишен указанных недостатков.
Указанный метод измерения приповерхностного электростатического потенциала полупроводника, основан на измерении спектральных зависимостей приращений эффективных значений диэлектрической проницаемости и коэффициента диэлектрических потерь при плавном изменении длины волны света . Измерения выполняют последовательно при объемной и планарной схеме расположения электродов на образце, что дает возможность отличить энергетические уровни, смещенные приповерхностным электростатическим полем, от всех остальных.
На рис. 2.1 показана блок-схема устройства для определения , где 1 - источник света; 2 - конденсор; 3 - монохроматор; 4 - электрический экран;
5 - электроды, размещенные на образце по планарной схеме; 6 - исследуемый образец; 7 - изолятор; 8 - высокочувствительный мост переменного тока.
В соответствии с приведенной на рисунке схемой, свет от источника 1 последовательно проходит через конденсор 2 и монохроматор 3, воздействуя на
Рис. 2.1. Блок-схема устройства для измерения
свободную от электродов 5 поверхность образца 6. Образец находится в электрическом контакте с электродами, которые соединены с высокочувствительным мостом переменного тока 8. Экран 4 обеспечивает защиту измерительного сигнала от внешних электрических воздействий. Изолятор 7 обеспечивает электрическую изоляцию образца и электродов от экрана. Расположение электродов 5 на образце 6 и направление распространения света при объемной схеме фотовозбуждения образца показано на рис. 2.2.
Рис. 2.2. Объемная схема фотовозбуждения образца
Процесс измерений заключается в том, что при комнатной температуре плавно изменяют длину волны монохроматического фотовозбуждения и получают зависимости и как для планарной, так и для объемной схемы расположения электродов на образце. Затем строят диаграммы - в комплексной плоскости. По этим зависимостям определяют величины длин волн , которые соответствуют минимальным значениям радиуса кривизны диаграмм. Каждому из обеих зависимостей ставят в соответствие энергию кванта света
(2.1)
( - постоянная Планка; - скорость света, длина волны которого обуславливает изменение зарядного состояния фотоактивного центра). Глубина залегания соответствующего акцепторного уровня относительно верхней границы валентной зоны равна
(2.2)
где - ширина запрещенной зоны полупроводника.
Используя с наименьшими значениями для планарной и объемной схем фотовозбуждения, группируют их попарно так, чтоб для каждой пары разница имела близкие значения. Приповерхностный электростатический потенциал определяют как среднюю величину .
2.2. Бесконтактный метод контроля удельного электросопротивления полупроводника
Как известно, измерение удельного сопротивления полупроводниковых кристаллов на постоянном токе нередко выполняется с помощью омметра. В этом случае к образцу прикладывается постоянное напряжение , величина которого тем больше, чем больше сопротивление кристалла. Например, при измерении кристалла с 108 Ом·см величина
1 кВ. Такие большие значения вызывают протекание электронных процессов, которые могут искажать результаты измерения на несколько порядков, что является основным недостатком этого способа. Этого недостатка лишен метод измерения сопротивления кристалла с помощью СВЧ сканирующего зондового микроскопа [93]. Однако этот метод требует сложного специализированного оборудования, решения сложных уравнений электромагнитного поля в области наконечника зонда и образца, а также позволяет измерять сопротивление кристалла только в СВЧ диапазоне от
10 МГц до нескольких ГГц. Компромиссным является метод определения кристаллов в радиочастотном диапазоне по измерениям тангенса угла диэлектрических потерь образца с помощью моста переменного тока, величина тестового напряжения которого не превышает нескольких вольт [94]. В этом случае, чтобы избежать неточности измерений, обусловленной контактными явлениями, образец помещается между тонкими изолирующими прокладками, сопротивление которых намного больше сопротивления образца. Однако, в [94] не учитывается дисперсия диэлектрической проницаемости и параметры прокладок, что приводит к большой неточности полученных значений кристалла особенно в области частот ниже 1 кГц. Наш метод [95] лишен этих недостатков.
Образец, помещенный между двумя тонкими изолирующими прокладками (рис. 2.3 а) можно заменить двухслойным диэлектриком (рис. 2.3 б), эквивалентная электрическая схема которого (рис. 2.3 в) состоит из емкости и
Рис. 2.3. Трехслойный диэлектрик прокладка 1 - образец 2 - прокладка 1 (а). Эквивалент трехслойного диэлектрика - двухслойный диэлектрик (б) и его эквивалентная электрическая схема (в).
сопротивления прокладок - Сg и Rg, емкости и сопротивления образца - Сs и Rs [96]. При получении соотношения, связывающего электроемкость и тангенс угла диэлектрических потерь измерительного конденсатора с удельным электросопротивлением образца , изолирующих прокладок , а также их относительной диэлектрической проницаемостью , мы будем исходить из того, что в измерительно