Уколов О.І.,* Лазебник С.А.,* Уколова Ю.В.**

*Горлівський автомобільно-дорожній інститут

**Горлівський машинобудівний коледж

Методика визначення дифузійної довжини нерівноважних носіїв заряду у приповерхневих шарах монокристалів Ge

У технологіях виготовлення напівпровідникових приладів використовуються різні методи модифікації приповерхневих шарів кристалів, що спрямовано змінюють їх фізичні властивості: легування домішками, опромінювання частками високих енергій, шліфування і механічне полірування [1]. Крім того, властивості приповерхневих шарів Ge, Si і кристалів типу А₃В₅ можуть істотно змінюватися за рахунок генерації структурних дефектів після низькотемпературної деформації [2-4]. Зміну властивостей напівпровідника внаслідок утворення дефектів структури (дислокацій, точкових дефектів і їх агломерацій) оцінюють по зміні структурно - чутливих електричних параметрів - дифузійній довжині пробігу, нерівноважних носіїв заряду L_D і їх часу життя τ [5]. Відомі методики [5] визначення цих параметрів дозволяють визначити L_D і τ для об'єму кристалів. Тому важливим завданням даної роботи було вивчити можливості визначення L_D і τ для тонких приповерхневих шарів кристалів і знайти критерії застосовності методик оцінки цих параметрів для приповерхневих шарів і об'єму роздільно.

У даній роботі виконані дослідження можливості використання фотоелектричного методу для вимірювання дифузійної довжини L_D нерівноважних носіїв заряду в приповерхневих шарах кристалів Ge, що мають структурні відмінності з об'ємом. Вимірювання виконані за різних умов генерації нерівноважних носіїв заряду (рис.1): вузькою смугою світла яке слабопоглинається (а), сфокусованою світловою точкою від нитки розжарення (б) і від лазера з довжиною хвилі λ =640 нм (в). Теоретичний аналіз глибини генерації нерівноважних носіїв заряду в зразку Ge показав, що випромінювання вольфрамової нитки розжарення можна вважати як слабопоглинаюче і яке проникає углиб зразка до 5 мм, оскільки значна частина спектру випромінювання знаходиться в інфрачервоному діапазоні. В результаті використання зонда від лазерного джерела випромінювання з довжиною хвилі λ=640 нм глибина генерації нерівноважних носіїв заряду складала 0,5 мкм.

Рис.1. Геометрія області генерації нерівноважних носіїв заряду в напівпровідниковому зразку Ge

При експериментальному визначенні довжини дифузії L_D у кристалах p-Ge для прикладів (б,в) використовували формулу [6]

(1)

а для прикладу (а) формулу

₍₂₎

За отриманими даними побудовані графіки залежностей логарифма напруги в колекторному ланцюзі lgU від координати x (рис.2). Для визначення зміни концентрації неосновних носіїв ∆n~lgU, пов'язаною з рекомбінацією в приповерхневому шарі, вимірювання проводили в інтервалі 0<x< L_D. На рис. 2 спостерігаються незначні розходження результатів вимірювань і розрахункових значень L_D, вказаних в таблиці за різних умов генерації нерівноважних носіїв заряду.

Рис.2. Графік залежності lgu(x) при різній геометрії області генерації нерівноважних носіїв заряду: ■ - освітлення тонкою смугою світла з плоскою областю генерації нерівноважних носіїв заряду × - освітлення малою світловою точкою з циліндричною областю генерації по всій товщині зразка, ▲- освітлення малою світловою точкою з циліндричною областю генерації на глибині до 0,5 мкм

Фотоелектричний метод LD,мм			Метод модуляції провідності LD,мм
0,491(а)	0,489(б)	0,507(в)	0,505

Вони близькі також до значення L_D, знайденого методом модуляції провідності в точковому контакті з поверхнею напівпровідника при малих часах затримках вимірювального імпульсу [7] по формулі, де D - коефіцієнт дифузії нерівноважних носіїв заряду.

Таким чином, в роботі показана можливість використання фотоелектричного метода для вимірювання параметрів рекомбінації нерівноважних носіїв заряду у тонких приповерхневих шарах с підвищеною концентрацією структурних дефектів. Перехід до точкового освітлення зразка дозволяє отримати таку інформацію на малих по площі структурах.

Література:

1. Готра З.Ю./ Технология микроэлектронных устройств. – М.:Радио и связь. – 1991. – 528с.

2. Надточий В.А., Нечволод Н.К., Сущенко Д.Г. Исследование электрических свойств Ge и Si, деформированных при низких температурах //Физ. и техн. высоких давлений. – 2001. – Т.11, №1. – С.104 – 110.

3. Nadtochiy V., Golodenko N., Nechvolod N. Recombination of non-equilibrium charge carriers injected into Ge through intermediate defective layers // Functional Materials. – 2005. – V.12, №1. – P.45 – 50.

4. Надточий В.А., Нечволод Н.К., Голоденко Н.Н. Микропластичность и электрические свойства Ge и Si, деформированных при низких температурах // Вісник Харківського університету, серія “Фізика”. – 2003. – №600, вип. 7. – С.101 – 104.

5. Батавин В.В. и др. Измерения параметров полупроводниковых материалов и структур. – М.:Радио и связь. – 1985. – 264 с.

6. Уколов А.И., Надточий В.А., Уколова Ю.В. Измерение параметров рекомбинации неравновесных носителей заряда в приповерхностных слоях монокристалла германия // Материалы международной конференции по физике полупроводников «Лашкаревские чтения –2011». – Киев.

7. V. Nadtochiy, N. Golodenko, N. Nechvolod. Microplasticity and electrical properties of subsurface layers of diamond – like semiconductors strained at low temperatures// Functional Materials. –2003.–V.10,№4 – P.702-706.