WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Во время импульса t pulse: Рис. 3. Импульсный сигнал фотопроводимости IPC и его релаксация, измеренные на СВЧ по изменению проходя N( ) 1 - 0.3679W ( D ) - 0.8427 D щей СВЧ мощности при импульсном освещении слитка n-Si =, (7) ( = 1640 Ом · см) диаметром 76.5 мм и длиной 71.5 мм. ДлиNst 1 - D тельность импульса света pulse = 30 мс. Расчетные зависимои после при t pulse: сти N(t)/Nst (сплошные кривые) получены при = 9.5мс, D = 13 см2/c, = 10 см-1 по выражениям: 1 — (5), 2 — (6).

N( ) W ( D ) - 0.4276 D Значения N( )/Nst, указанные отрезками прямых, рассчитаны = 0.3679. (8) в соответствии с (7) — верхнее и (8) — нижнее.

Nst 1 - D Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Определение времени жизни неосновных носителей заряда в слитках кремния по релаксации... СВЧ измерения релаксации ФП при различных длительностях светового импульса приведены на рис. для слитка n-Si (2760 Ом · см). Отрезок слитка длиной 14.5 мм и диаметром 80 мм устанавливался на открытом конце волновода, а на верхнем торце находился отражатель (металлическая пластина). Толщина скин-слоя равна 50 мм, и заметная часть СВЧ мощности будет отражаться, создавая пространственную неоднородность поля E(z ) по длине образца. В нашем случае распределение СВЧ поля будет таким, что максимум ННЗ будет диффундировать в область увеличения E(z ) и влияние неоднородности СВЧ поля при больших длительностях импульса света практически Рис. 4. Измеренная на СВЧ релаксация сигнала фотоне будет сказываться. Как видно из рис. 4, при длипроводимости при различных длительностях импульса света тельностях импульса света до 10 мс кривые релаксации ( 10 см-1) tpulse, мс: 1 —0.1, 2 —1, 3 — 10, 4 — сигналов ФП заметно различаются, а при tpulse 10 мс на отрезке от слитка n-Si ( = 2760 Ом · см) диаметром 80 мм, они становятся практически одинаковыми. Расчетные длиной 14.5 мм (схема измерений представлена на рис. 1, a с формулы в данном случае применимы при tpulse > 10 мс металлическим отражателем на верхнем торце).

и определенное время жизни = 2.25 мс соответствует области, где величина сигнала при длительности импульса tpulse = 0.1мс (см. рис. 4, кривая 1) не превышает 2% от начального значения. Таким образом, еще раз подтверждается, что для предлагаемой методики длительность импульса света должна быть tpulse > 5.

СВЧ измерения проводились на достаточно большом количестве высокоомного кремния, выращенного методом бестигельной зонной плавки (БЗП), а также на некоторых слитках, полученных методом Чохральского.

Интересные, на наш взгляд, результаты получены на слитке КЭФ-4.5 (см. рис. 5).

Расчетная зависимость при = 0.5мс, D = 12 см2/с, = 10 см-1 хорошо согласуется с экспериментом, осоРис. 5. Измеренная на СВЧ релаксация сигнала фотопрово- бенно в области t > 0.5мс. В области t < 0.5мс спад димости для слитка КЭФ-4.5. Расчетная зависимость N(t)/Nst экспериментальной кривой явно круче, чем теоретиче(сплошная линия) получена при = 0.5мс, = 10 см-ской N(t)/Nst (см. также рис. 3). Это связано, видимо, и D = 12 см2/с.

не только с влиянием поверхностной рекомбинацией, но и с неоднородностью СВЧ поля, как уже отмечалось выше. При = 4.5Ом· см толщина скин-слоя на часто(1640 Ом · см) диаметром 76 мм и длиной 72 мм. Изме- те 9.4 ГГц равна 1.3 мм и, следовательно, максимум ННЗ будет смещаться в область уменьшающегося порения проводились по схеме, приведенной на рис. 1, b ля E(z ), что ускоряет релаксацию сигнала ФП.

и к торцам слитка прижимались волноводы сечением 10 23 мм2. Согласующий трансформатор настраивал- Выбор источника света для возбуждения ННЗ имеет ся на максимум сигнала ФП и в конце импульса важное значение для достоверного определения времени (pulse = 30 мс) амплитуда импульса равнялась 93 мВ. жизни. Это демонстрируется результатами измерений, Для сравнения с расчетом измеренный сигнал пред- приведенными на рис. 6. Положение слитка кремния ставлен в нормированном виде: в течение импульса с = 230 Ом · см не изменялось и световое „пятно“ до t = 20 мс и после его окончания. Время жизни было в центральной части торца слитка, прижатого к t = определяется в точках пересечения со значениями, волноводу (схема измерений на рис. 1, a). При испольрассчитанными по формулам (7) и (8). На рис. 3 они зовании полупроводникового лазера ЛПИ-12 с коротпредставлены отрезками в области t. Расчеты, про- ким импульсом света tpulse = 0.15 мкс, 0.91 мкм и веденные по формулам (5) и (6), при D = Dp = 13 см2/с, интенсивностью до 10 Вт/см2 наблюдался сигнал ФП = 10 см-1 и = 9.5 мс хорошо согласуются с измере- с очень быстрой релаксацией (см. кривую 1, а также ниями. Некоторые расхождения, наблюдаемые в начале вставку на рис. 6). Влияние поверхностной рекомбирелаксации, в области до t 4 мс, видимо, связаны с нации здесь очень сильное и величина постоянной влиянием пространственной неоднородности СВЧ поля, времени 1 80 мкс. Как уже отмечалось выше, влияние как отмечалось выше. поверхностной рекомбинации можно минимизировать, Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 1048 П.А. Бородовский, А.Ф. Булдыгин, А.С. Токарев если выждать, пока измеряемый сигнал не спадет при- Таблица 1.

мерно до 1% от начального значения [14–16]. В наКонус Хвост Номер шем случае (рис. 6) это явно не наблюдается. Послитка, Ом· см 1/e, мс v, мс, Ом· см 1/e, мс v, мс видимому, это связано с тем, что при резке слитка образуется нарушенный слой с высокой плотностью Ап231 2210 6.1 9.2 1250 7 11.дефектов. Измерения на образце с полированной по(4.1) (6.7) (7.5) (12.5) верхностью показали, что в области спада менее 3% Ап232 1860 9.8 17 660 5.5 7.удается определить 1 мс, что близко к объемному (8.2) (13.5) (6) (10) Ап233 3140 10.7 17.8 2110 7.5 времени жизни ННЗ 1.25 мс. В случае использования (3.2) (5.5) (8) (14) светодиода АЛ 123А ( 0.94 мкм) с длительностью Ап234 1840 6.5 11.2 1780 4.8 импульса 10 мс релаксация сигнала ФП наблюдается (6) (11) (4.5) (7) уже в области до 2 мс (кривая 2 на рис. 6). Наконец, релаксация сигнала ФП, полученная со светодиодом Примечание. В скобках приведены значения, полученные из СВЧ 1.064 мкм и tpulse = 10 мс, наблюдается в области измерений после „обдирки“ слитка.

до 5 мс (кривая 3) и определяемое время жизни ННЗ = 1.25 мс. Для кривой 2 точка пересечения нахоТаблица 2.

дилась с использованием расчетной кривой N(t)/Nst Метод МПТК СВЧ измерения при D = 13 см2/с и = 190 см-1. Полученное значение Номер = 0.78 мс существенно меньше, чем для кривой 3., Ом· см v, мкс 1/e, мкс v, мкс слитка Теоретически определяемое по точке пересечения значеКонус Хвост Конус Хвост Конус Хвост ние должно быть одинаковым при = 10 и 190 см-1, Ф224 40 170 200 340 450 460 поскольку при большой скорости поверхностной рекомФ225(3) 220 150 190 320 430 410 бинации S 104 см/с условия D/S 1 и S2/D 1/ Ф227(1) 220 190 150 500 260 650 выполняются.

Ф227(2) 40 120 150 390 800 500 Рассмотренная выше методика определения времени Ф227(3) 40 180 200 330 230 420 жизни ННЗ в слитках кремния позволяет проводить М230 230 190 170 540 275 750 экспресс-контроль сразу после выращивания слитка до Примечание. Определялись средние значения по положениям в обрезки „конуса“ и „хвоста“, а также „обдирки“ для 3 точках: в центре торца и на противоположных краях.

выравнивания слитка по диаметру. В табл. 1 приведены результаты измерений четырех слитков высокоомного кремния из одной партии, полученных методом БЗП на между слитками, хотя использовались один и тот же установке роста типа FZ-20 в ИФП СОРАН. СВЧ измеисходный материал (поликремний) и одна технология рения проводились по схеме, приведенной на рис. 1, b, выращивания. Приведенные в табл. 1 значения 1/e, на двух концах слитка до „обдирки“ и после.

как уже отмечалось, заметно меньше v, но в цеИз приведенных данных следует, что слитки достаточлом наблюдается корреляция и при экспресс-контроле но высокого качества (v 5мс), но имеется и заметный для упрощения можно использовать привычный способ разброс в значениях v как на концах слитка, так и определения v по спаду сигнала ФП в e раз.

После нейтронного трансмутационного легирования слитков были проведены измерения v методом модуляции проводимости в точечном контакте (МПТК) для сравнения с результатами измерений СВЧ методом. Для 6 слитков эти данные приведены в табл. 2. Полученные методом МПТК значения v меньше даже значений 1/e, а значения v из СВЧ измерений больше в 3–4 раза.

Следует отметить, что при измерениях методом МПТК поверхность торца слитка не шлифовалась и, возможно, причиной уменьшения v был нарушенный слой после резки. Этот вопрос, однако, требует специальных исследований, как и вопрос о возможной замене ГОСТа 19658-81 на предлагаемый СВЧ метод.

Рис. 6. Измеренные на СВЧ релаксации сигналов фотопро4. Заключение водимости при различных источниках света, возбуждающих ННЗ: 1 — полупроводниковый лазер ЛПИ-12, tpulse = 0.15 мкс, Рассмотрена новая методика определения времени 0.91 мкм (см. также вставку); 2 — светодиод АЛ 123А, жизни ННЗ по СВЧ измерениям импульсной фотопровоtpulse = 10 мс, 0.94 мкм; 3 — полупроводниковый лазер, tpulse = 10 мс, 1.064 мкм. димости в слитках кремния. Для расчета полного числа Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Определение времени жизни неосновных носителей заряда в слитках кремния по релаксации... ННЗ, возбуждаемых импульсом света, используется из- Determination of the minority carrier вестное решение одномерного уравнения непрерывности lifetime in silicon ingots by the microwave в режиме линейной рекомбинации для полубесконечdetected photoconductance ного образца. Показано, что при достаточно длинных P.A. Borodovski, A.F. Buldygin, A.S. Tokarev импульсах света (tpulse 5 ) с малым коэффициентом поглощения ( 10 см-1) влиянием поверхностной реInstitute of Semiconductor Physics, комбинации можно пренебречь и получить временную Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, зависимость полного числа ННЗ, хорошо согласующую630090 Novosibirsk, Russia ся с измеренным сигналом ФП. Проведенные СВЧ измерения на отрезках n-Si с различным удельным сопро

Abstract

A new technique is presented for the determination of тивлением подтверждают это. Объемное время жизни a bulk lifetime of single crystalline silicon ingots. The microwave v определяется по точке пересечения экспериментальdetected photoconductance decay normalized to its initial value ной кривой спада сигнала ФП с расчетной временной has been compared with results of the calculation of total amount зависимостью N(t = )/Nst, полученной при заданных of excess carriers N(t)/Nst, where Nst corresponds to a quasiзначениях коэффициентов поглощения и диффузии ННЗ.

steady photoconductance. The location of the intersection point При проведении экспериментов использовались две схе(t = ) determines the bulk lifetime = v. The measurements мы СВЧ измерений: для высокоомного кремния — were carried out within the range of different values of the схема регистрации проходящей СВЧ мощности, а в resistivity. The results of measurements presented here are in good слитках с <100 Ом · см — схема с циркулятором для agreements with those of calculation.

регистрации отраженной СВЧ мощности.

Предложенная методика СВЧ измерений времени жизни ННЗ может использоваться для экспресс-контроля качества нелегированных слитков кремния при отработке технологии их выращивания, а также измерений при паспортизации легированных слитков вместо метода модуляции проводимости в точечном контакте.

Список литературы [1] Л.П. Павлов. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов (М., Высш. шк., 1987) гл. 3, с. 105.

[2] N.J. Harrick. J. Appl. Phys., 27(12), 1439 (1956).

[3] V. Grivickas, J. Linnros, A. Vigelis, J. Seckus, J.A. Tellefsek.

Sol. St. Electron., 35, 299 (1992).

[4] J. Linnros. J. Appl. Phys., 84, 275 (1998).

[5] Д.В. Ахметов, Н.В. Фатеев. ФТП, 35, 40 (2001).

[6] A.M. Ramsa, H. Jacobs, F.A. Brand. J. Appl. Phys., 30, (1959).

[7] H.A. Alwater. J. Appl. Phys., 30, 1054 (1959).

[8] M. Kunst. G. Beck. J. Appl. Phys., 60, 3558 (1986); J. Appl.

Phys., 63, 1093 (1988).

[9] A. Sanders, M. Kunst. Sol. St. Electron., 34, 1007 (1991).

[10] C. Swiatkowski, A. Sanders, K.-D. Buhre, M. Kunst. J. Appl.

Phys., 78, 1763f (1995).

[11] M. Schfthaler, R. Brendel. J. Appl. Phys., 77, 3162 (1995).

[12] J. Schmidt, A.G. Aberle. J. Appl. Phys., 81, 6187 (1995).

[13] П.А. Бородовский, А.Ф. Булдыгин, А.С. Токарев. Автометрия, № 6, 43 (2000).

[14] M.S. Tyagi, J.F. Nus. Sol. St. Electron., 25, 411 (1982).

[15] В.Е. Лашкарев, Э.И. Рашба, В.А. Романов, З.А. Демиденко.

ЖТФ, 28, 1853 (1958).

[16] K. Misiakos, F.A. Lindholm, A. Neugroshel. J. Appl. Phys., 58(4), 1647 (1985).

Редактор Т.А. Полянская Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып.

Pages:     | 1 ||



© 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.