WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 6 Индентификация параметров примесных уровней в высокоомных полупроводниковых кристаллах с помощью термостимулированных токов при дозированном освещении образцов © П.Г. Кашерининов, Д.Г. Матюхин Физика-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Получена 13 октября 1997 г. Принята к печати 20 октября 1997 г.) Предложен метод идентификации параметров примесных уровней в высокоомных (изолирующих) полупроводниковых кристаллах, позволяющий с помощью термостимулированных токов при дозированном освещении образцов, определять одновременно глубину залегания примесных уровней в запрещенной зоне кристалла (E) и устанавливать, от края какой из разрешенных зон следует отсчитывать найденную глубину залегания уровней, что не позволило широко распространненный обычный метод термостимулированных токов.

Метод термостимулированных токов (ТСТ) основан тонкий слой естественного окисла (ТД), расположенный на заполнении ловушек в кристалле электронами и на поверхности кристалла между металлом и полупродырками под действием облучения при низких тем- водником (толщиной 20–50 A) [2–4]. Такие структуры пературах с последующим опустошением их при на- представляют собой в действительности структуры типа гревании. После перезарядки примесных уровней но- М(ТД)П(ТД)М с неинжектирующими электродами при сителями различных знаков (электронами и дырками) напряженности электрических полей в приконтактных оказывается возможным определение глубины залега- областях до E < 104 В / см и инжектирующим при ния этих перезаряженных уровней в запрещенной зо- больших значениях напряженности поля в этих областях не кристалла (E) по энергии активации захвачен- E > 104 В/ см [5,6]. Протекание фототока через слои ных на примесные уровни носителей в соответствую- туннельно-тонкого диэлектрика (ТД) в таких структурах щие разрешенные зоны кристалла по температурной сопровождается аккумуляцией в кристалле на границе с зависимости ТСТ при нагревании образца. Однако при этими слоями (ТД) фотоиндуцированных зарядов носиэтом оказывается невозможным установить, от края телей соответствующих знаков [3–10]. При освещении какой из разрешенных зон следует отсчитывать эту таких структур со стороны электродов сильно поглощанайденную глубину залегания уровней (E) [1]. При емым ”собственным” светом через кристалл протекает заполнении примесных уровней при облучении носи- фототок, обусловленный фотоносителями знака, однотелями только одного известного знака проводимости именного овсещаемому электроду. Эти фотоносители (электронами или дырками) идентификация параметров аккумулироуются в кристалле на границе со слоями перезаряженных примесных уровней из кривых ТСТ туннельно-тонкого диэлектрика (ИД) около противопоне вызывает трудностей. Поэтому для идентификации ложного освещаемому ”темнового” электрода, захватыпараметров примесных уровней в кристалле достаточно ваются на примесные уровни и образуют в кристалле выбрать условия, обеспечивающие в специального типа у этого электрода монополярный электрический заряд структурах направленное заполнение примесных уров- знака, одноименного освещаемому электроду. При изней при освещении как носителями одного (известного) менении величины этого заряда напряженность элекзнака проводимости, так и носителями обоих знаков, трического поля в кристалле изменяется со временем измерить спектры ТСТ после соответствующих типов от однородно распределенной по толщине кристалла заполнений примесных уровней в кристалле и из их (в отсутствие освещения) до резко неоднородной по сравнения произвести идентификацию параметров этих толщине кристалла с областью сильного поля, локалиуровней. зованной в кристалле вблизи ”темнового” электрода.

Метод основан на измерении ТСТ в структурах Когда напряженность электрического поля в кристалле металл-полупроводник-металл (МПМ) на высокоомных у темнового электрода превысит некоторое критическое кристаллах после освещения структур со стороны опти- значение (E > Ecr), электрический заряд того же чески прозрачных металлических электродов (М) до- знака, что и полярность ”темнового” электрода, начизированной энергией ”собственного” света (h > Eg), нает инжектироваться с темнового электрода в объем (h — энергия светового кванта, Eg — ширина запре- кристалла. С этого момента времени соответствующие щенной зоны кристалла). примесные уровни (ловушки) в объеме кристалла заВ настоящее время установлено, что реальные МПМ полняются носителями обоих знаков (электронами и структуры, созданные холодным нанесением металличе- дырками) [5,6].

ских электродов на поверхность кристалла (напылени- Кривые ТСТ в таких структурах, измеренные после ем, химическим осаждением металла и т. д.), содержат различных по величине экспозиций, будут давать инИндентификация параметров примесных уровней в высокоомных полупроводниковых кристаллах... формацию о глубине залегания примесных уровней, перезаряженных носителей только одного (известного) знака проводимости (после малых экспозиций), либо носителями обоих знаков (электронами и дырками, после больших экспозиций). Время экспозиции, обеспечивающее перезарядку примесных уровней в кристалле носителями только одного знака, может быть определено из формы релаксации фототока МПМ структуры. Форма релаксации фототока в МПМ структуре при включении освещения неизменной интенсивности полностью определяется особенностями фотоиндуцированной перестройки напряженности электрического поля в объеме структуры со временем.

При этом перестройка напряженности электрического поля в кристалле со временем, как показано [5,6,8–10], имеет монотонный характер, сопровождается возрастанием напряженности электрического поля у темнового электрода со временем и уменьшением его у освещаемого электрода. Воздействие же этой перестройки поля в кристалле на величину протекающего через структуру фототока неоднозначно.

Такая перестройка поля в кристалле при освещении сопровождается изменением (уменьшением) величины собранного на электроды заряда от каждой созданной светом электронно-дырочной пары у освещаемого электрода [5,10–12], что должно приводить к уменьшению фототока со временем относительно его значения при однородном распределении поля в кристалле (в условиях отсутствия освещения).

В то же время эта перестройка поля может вызывать изменение инжекционных свойств темнового электрода Рис. 1. Релаксация фототока в МПМ структурах на чистых при возрастании напряженности электрического поля кристаллах CdTe (Nt < 1014 см-3) после включения освевблизи этого электрода в кристалле выше определеннощения (приложенное напряжение V = 400 B, T = 300 K).

го критического значения, что должно вызвать резкое a — распределение напряженности электрического поля в криувеличение протекающего через структуру фототока.

сталле в различные моменты времени после начала освеОпределяющее воздействие на ток того или иного из щения структруры со стороны положительного электрода этих механизмов определяется характером распределе( = 0.82 мкм, I = 50 мВт/см2). Время t, с: 1 — 0, ния электрического поля в кристалле и его величиной у 2 —2 · 10-3, 3 —5 · 10-3, 4 —10 · 10-3, 5 —50 · 10-3.

электродов структуры.

b — изменение фототока (Jph) со временем (в отн. ед., где В работе проводились исследования по определению Jph0 — начальное значение фототока при однородной напряженности электрического поля в кристалле). Сплошная параметров примесных уровней в электрооптических линия — эксперимент, штриховая — расчетные значения из изолирующих кристаллах CdTe ( = 107-108 Ом · см) измеренных распределений напряженности электрического пос различной концентрацией примесных уровней ля в кристаллах в различные моменты времени после вклю(Nt, см-3): 1 - Nt < 1014 (”чистые” кристаллы).

чения освещения (в предположении отсутствия инжекции со 2 - Nt > 1015 (”компенсированные” кристаллы). МПМ стороны электродов). Приложенное напряжение V0 = 400 В, структуры на этих кристаллах создавались химическим T = 300 K.

осаждением оптически прозрачных золотых электродов на травление поверхности плоскопараллельных пластин толщиной 0.25 см, площадью 0.25 см2. Измерялись На основании измеренного распределения поля E(x, t) форма релаксации тока при освещении МПМ структур в предположении отсутствия инжекции носителей со ”собственным” светом ( = 0.63 мкм, 0.82 мкм) со стороны электродов рассчитывалась форма релаксации стороны электродов и пространственное распределение напряженности электрического поля в кристалле фототока в структуре при включении освещения по между электродами структуры в различные моменты методике [10], результаты расчетов сравнивались с эксвремени после начала этого освещения E(x, t) по периментально измеренными формами релаксаций токов электрооптической методике [10] при T = 300 K. в этих структурах.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 670 П.Г. Кашерининов, Д.Г. Матюхин на компенсированных кристаллах (Nt > 1015 см-3). Как видно из рис. 1, b, форма релаксации фототока в структурах на чистых кристаллах (Nt < 1014 см-3) совпадает с расчетной и определяется только фотоиндуцированной перестройкой напряженности электрического поля в кристалле в условиях неизменности инжекционных свойств контактов. В случае компенсированных кристаллов (рис. 2, b) расчетные и экспериментальные значения фототока совпадает только в начальный момент времени, в дальнейшем экспериментально измеренные значения фототока значительно превышают расчетные из-за начала инжекции носителей в кристалл со стороны темнового электрода. Минимальное значение экспериментально измеренного фототока в структурах на компенсированных кристаллах (Nt > 1015 см-3) наблюдается при t = tm. В течение этого времени (0-tm) в кристалле присутствует только монополярный электрический заряд знака, одноименного освещаемому электроду.

В работе исследовались спектры ТСТ на высокоомных ”чистых” кристаллах (Nt < 1014 см-3), описанных выше.

В процессе регистрации ТСТ структура охлаждалась в темноте до T = 77 K, к электродам прикладывалось постоянное напряжение U0 = 20 В с выдержкой в темноте в течение t = 1 мин; структура освещалась со Рис. 2. Релаксация фототока в МПМ структурах на компенсированных кристаллах CdTe после включения освещения (приложенное напряжение V0 = 400 В, T = 300 K). a —распределение напряженности электрического поля в кристалле в различные моменты времени после начала освещения структуры со стороны положительного электрода ( = 0.82 мкм, I = 10 мВт/см2). Время t, с: 1 — 0, 2 —0.1, 3 —1.0.

b — релаксация фототока в МПМ структурах после включения освещения (в отн. ед., где Jph0 — начальное значение фототока).

1 — эксперимент, 2 — расчетные значения из измеренных распределений напряженности электрического поля в кристалле в различные моменты времени после включения освещения (в предположении отсутствия инжекции со стороны электродов).

Проводилось изучение спектров ТСТ после дозированного освещения структур со стороны различных электродов при T = 77 K.

На рис. 1,2 приведено распределение напряженности электрического поля в объеме кристалла МПМ структур (между электродами) в различные моменты времени после начала освещения, форма релаксации фототоков в структурах, экспериментально измеренная и рассчитанРис. 3. Термостимулированные токи (ТСТ) после освещения ная на основании измеренного распределения электричеМПМ структуры на CdTe со стороны положительного электроского поля в различного типа кристаллах при T = 300 K.

да (при T = 77 K, V0 = 20 В, I = 3мВт/см2, = 0.63 мкм):

Как видно из рис. 1, 2, a, напряженность электрического a — форма релаксации фототока структуры после включеполя у темнового электрода (x = d, где x —толщина ния освещения (V0 = 20 В, T = 77 K, I = 3мВм/см2, кристалла 0 < x < d, d — расстояние между электро = 0.63 мкм). b — термостимулированные токи (ТСТ) после дами структуры) в условиях стационарного освещения освещения МПМ структуры в течение различных промежутков при сходных режимах значительно выше в структурах времени t, с: 1 —6·10-2, 2 —12·10-2, 3 —25·10-2, 4 — 200.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Индентификация параметров примесных уровней в высокоомных полупроводниковых кристаллах... На рис. 3, 4, b представлены температурные зависимости ТСТ; видно, что после освещения образца в течение длительного времени со стороны различных электродов вид кривых ТСТ практически идентичен. При уменьшении времени экспозиции (te) на кривых ТСТ наблюдается изменение соотношения амплитуд этих пиков при освещении структуры со стороны различных электродов (рис. 3, 4, b, кривые 1–3). Так, после освещения структуры со стороны отрицательного электрода в течение времени (te = 2 · 10-2 с) на кривых ТСТ наблюдается только один пик при Tm = 85 K (E = 0.17 эВ, см.

рис. 4, b, кривая 1), а после освещения со стороны положительного электрода в течение того же времени на кривых ТСТ остается только один пик при Tm = 205 K (E = 0.41 эВ, см. рис. 3, b, кривая 1). Энергетическое положение примесных уровней, соответствующих пикам ТСТ при Tm = 85 и 205 K соответственно: Ec-0.17 эВ и Ev + 0.41 эВ.

Таким образом, для полного определения параметров примесных уровней в исследуемом кристалле с помощью ТСТ метода необходимо создать на нем МПМ структуру, измерить форму релаксации фототока при выбранной интенсивности освещения (T = 77 K), определить (tm).

измерить ТСТ после освещения структуры со стороны одного из электродов в течение времени te < tm и te tm, определить глубину залегания уровней в кристалле из этих спектров в соответствии [1]. Из сопоставления Рис. 4. Термостимулированные токи (ТСТ) после освещения спектров ТСТ после этих экспозиций определить параМПМ структуры на CdTe со стороны отрицательного электрометры всех наблюдаемых уровней.

да (при T = 77 K, V0 = 20 В, I = 3мВт/см2, = 0.63 мкм):

a — форма релаксации фототока структуры после включения освещения (V0 = 20 В, T = 77 K, I = 3мВм/см2, Список литературы = 0.63 мкм). b — термостимулированные токи (ТСТ) после освещения МПМ структуры в течение различных промежутков [1] A.G. Milnes. Deep Impurities in Semiconductors времени t, с: 1 —6·10-2, 2 —12·10-2, 3 —25·10-2, 4 — 200.

(N. Y.–London, J. Wiley & Sons, 1963).

[2] В.И. Стриха, Е.В. Бузанева, И.А. Радзиевская. Полупроводниковые приборы с барьером Шоттки (М., Сов. радио, 1974).

стороны различных электродов постоянным по интен- [3] M.A. Green, J. Shewchun. Sol. St. Electron., 17, 349 (1974).

[4] M.A. Green, V.A.K. Temple, J. Shewchun. Sol. St. Electron., сивности потоком собственного света ( = 0.63 мкм, 18, 745 (1975).

I = 10-2 Вт/см2), при этом регистрировалась форма [5] П.Г. Кашерининов, А.В. Кичаев, А.А. Томасов, И.Д. Ярорелаксации фототока (рис. 3, 4, a). Видно, что при шецкий. Письма ЖТФ, 20, № 18, 16 (1994).

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.