WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Из рис. 5 видно, что сигнал модуляции интенсивности тестирующего луча на выходе его из слитка наблюдается на всем протяжении следования луча накачки и в основном монотонно убывает по мере удаления от точки входа луча накачки. Некоторые отклонения от монотонности скорее всего связаны с немонотонностью использованного объекта, например, неидеальностью плоскостей торцов, некоторой непараллельностью торцов, неточной установкой угла Брюстера и т. д. Однако, даже если эти особенности и вызваны отчасти некоторой флуктуацией коэффициента поглощения (на длине волны луча накачки) по объему слитка, уровень сигнала во всех измеренных областях составного слитка оказывается достаточным для уверенной количественной регистрации временной зависимости сигнала.

Отсюда следует, что в монокристаллическом кремнии полупроводникового качества может быть создана стержнеобразная область избыточных носителей заряда регулярным образом, без возникновения по пути следования Рис. 3. Релаксация поглощения на свободных носителях на луча участков, где носители практически не создаются, а различных расстояниях от начала составного слитка. Материал также без возникновения участков с повышенным поглослитка — тигельный кремний с удельным сопротивлением 45 Ом · см. Средняя часть слитка загрязнена отжигом на воздухе. Зондирующий луч заведен в торец, а луч накачки — в боковую поверхность слитка (”перпендикулярная геометрия”).

Рис. 4. Релаксация поглощения на свободных носителях на Рис. 5. Зависимость амплитуды пика сигнала поглощения на различных расстояниях от начала составного слитка. Слиток свободных носителях от расстояния между измеряемой точкой тот же, что на рис. 3. Зондирующий луч и луч накачки и точкой входа луча накачки в слиток. Слиток тот же, что заведены в слиток с одного торца, под углами падения 0 и 73 на рис. 3. Длина волны луча накачки 1.17 мкм, температура соответственно (”брюстеровская геометрия”).

измерения — комнатная.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 44 В.Д. Ахметов, Н.В. Фатеев Рис. 6. Распределение времени жизни носителей заряда вдоль составного слитка. Данные получены обсчетом релаксационных кривых рис. 3 и 4. 1 — перпендикулярная геометрия лучей, с вводом их через торец и боковую поверхность; 2 — брюстеровская геометрия лучей, с вводом обоих лучей через один торец.

щением, после которых генерация носителей значитель- фект заметен при сканировании Ge-фотодиодом боковой но бы ослаблялась. Физически этот факт означает, что поверхности слитка: когда точка выхода луча накачки быформа края поглощения не претерпевает существенных ла уже в третьей части слитка, то из щелей между диском изменений при выборе различных участков кристалла, и прилегающими частями слитка выходило интенсивное отличающихся друг от друга по структурному совер- излучение 1.17 мкм, которого в идеальном варианте при шенству, примесному составу, и, возможно, наличию строго брюстеровском падении не должно быть вообще.

встроенных электрических и деформационных полей. По-видимому, при использовании действительно моноПо-видимому, такая благоприятная для реализации пред- литного слитка этого паразитного эффекта не будет, и лагаемого способа измерений ситуация, а именно по воз- пространственное разрешение в брюстеровской геомеможности осуществления оптической накачки носителей трии будет соответствовать геометрическому размеру в глубине слитка, связана с непрямозонностью кремния, области пересечения лучей.

за счет чего начало края фундаментального поглощения Сравнивая обе геометрии измерений, можно заклюоказывается относительно пологим, а также с высоким чить, что перпендикулярная геометрия дает лучшую качеством кристаллической структуры и высокой чисто- локальность измерения, но требует некоторой обработки той слитков кремния, выращиваемых в настоящее время. боковой поверхности, тогда как в брюстеровской геомеНа рис. 6 представлено распределение вдоль оси трии локальность измерения хуже, но обработки боковой слитка, полученное обработкой данных рис. 3 и 4. Здесь поверхности слитка не требуется.

видно, что измерения в перпендикулярной геометрии в Результаты измерения диффузионного перемещения точности повторяют геометрическое положение неодно- носителей заряда из первоначально инжектированной родности (положение загрязненного диска кремния цилиндрической области, проведенные в перпендикууказано вертикальными штриховыми линиями), в то лярной геометрии на кремнии n-типа проводимости, время как для брюстеровской геометрии неоднородность полученного зонной плавкой, представлены на рис. 7.

выглядит значительно уширенной. Худшее простран- Здесь изображено семейство кривых временной релак ственное разрешение, полученное для брюстеровской сации сигнала поглощения на свободных носителях, где геометрии, скорее всего вызвано рассеянием на шеро- параметром кривых является расстояние между осями ховатостях и пыли, а также отражениями от внутренних лучей, варьируемое от нуля (точное пересечение лучей) поверхностей ”составного слитка”. Этот паразитный эф- до ±4 мм. Диаметры лучей составляли 1.2 мм для луча Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Инфракрасная томография времени жизни и диффузионной длины носителей заряда в слитках... Рис. 7. Временные зависимости сигнала от наведенного поглощения в слитке кремния при = 3.39 мкм на пути зондирующего луча в зависимости от расстояния между осями луча накачки и зондирующего луча. Материал слитка — кремний, полученный зонной плавкой, с удельным сопротивлением 1 кОм · см.

Рис. 8. Пространственное распределение сигнала наведенного поглощения в слитке на различных временах после импульса накачки. Слиток тот же, что на рис. 7. (1–4) — эксперимент, (1 -4 ) — расчет по диффузионно-рекомбинационной модели. Время после инжекции t, мкс: (1, 1 ) — 25, (2, 2 ) — 500, (3, 3 ) — 1000, (4, 4 ) — 1500.

накачки и 1 мм для тестирующего луча. На кривых, из- ного перемещения носителей заряда от луча накачки меренных при неточном пересечении осей лучей, видно к тестирующему лучу. В предположении отсутствия явное запаздывание во времени в формировании пика встроенных в измеряемое место слитка электрических сигнала после прекращения действия импульса накач- полей процесс перемещения определяется амбиполярной ки, что наглядно показывает процесс пространствен- диффузией. В пользу отсутствия значительного вклада Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 46 В.Д. Ахметов, Н.В. Фатеев электрического поля в наблюдаемое пространственное перемещение носителей заряда свидетельствуют вышеприведенные данные, но для наглядности перестроенные на рис. 8 в явные пространственные зависимости сигнала от координаты, где уже время является параметром кривых. Видна хорошая симметрия картины, которая должна была исказиться в случае дрейфа.

Факт явного пространственного перераспределения инжектирования носителей, представленный на рис. свидетельствует о том, что выбранный способ возбуждения электронной подсистемы кремния (светом с энергией немного меньше ширины запрещенной зоны) действительно приводит к возникновению свободных носителей.

Штриховыми линиями на рис. 8 представлены результаты подгонки модельных расчетов временных зависи мостей амплитуды измеренных сигналов, включающих в себя пространственно-временную эволюцию инжектированного стержнеобразного пакета носителей заряда, обусловленную процессами диффузии и рекомбинации, описываемую уравнением в цилиндрических координатах n/t = -n/ (n) +D 2n/r2 +(n/r)/r, где n есть n, нормированная на ее стартовое значение при r = 0, t = 0, t — время после окончания импульса накачки; (n) — время жизни, в общем слуРис. 9. Кинетика спада сигнала V наведенного поглощения в чае зависящее от уровня инжекции; D — коэффициент кремнии, полученном зонной плавкой, в случае инжекции луамбиполярной диффузии; r — расстояние от оси луча чом диаметром 10 мм, при пересекающихся осях луча накачки накачки. После нахождения решения данного уравнения и тестирующего луча. Слиток тот же, что на рис. 7.

численными методами вычислялось количество носителей, оказывающихся на пересечении пакета носителей в круге диаметром 20 мм с центром на оси луча накачки Факт количественного соответствия наблюдаемого с тестирующим лучом. Полученная величина, которая с диффузионного разбегания носителей заряда с коэффиточностью до множителя, единого для всего семейства циентом диффузии, соответствующим свободным носикривых, равна количеству избыточных носителей на телям заряда в данной материале, является дополнительпути следования тестирующего луча, сопоставлялась с ным доказательством того, что возбуждаемые испольэкспериментально измеренным сигналом. Такое сопостазуемыми энергиями квантов носители действительно вление, подразумевающее линейную связь между колиявляются свободными.

чеством носителей и измеряемым сигналом, правомерно Введение явной зависимости от уровня инжекции в силу малости наведенного поглощения на свободных продиктовано явной неэкспоненциальностью формы сигносителях в условиях проводимого эксперимента, когда нала в случае измерений с лучом накачки с большим амплитуда модуляции интенсивности тестирующего луча диаметром, 10 мм, изображенной на рис. 9, когда дифне превышала 0.1%.

фузионное перемещение становится малосущественным.

Приведенные на рис. 8 результаты расчетов получены Для нижней части рис. 9 наклон кривойсоответствует при D = 12 см2/с и (n) =0.019 с/(1+154n). Ампли = 7 мс, откуда по соотношению L = D получаем туды экспериментальных (и расчетных) кривых, относяL = 2.9 мм.

щихся к моменту измерения 500, 1000 и 1500 мкс, после окончания импульса накачки увеличены, по сравнению с амплитудой для момента времени 25 мкс, в 3.6 (3.4), Заключение 5.3 (5.2) и 6.6 (6.7) раз соответственно. Видно хорошее соответствие между расчетными кривыми и эксперимен- Таким образом, продемонстрирована возможность нетальными как по форме, так и по амплитуде, при значе- разрушающего измерения трехмерной картины распрении коэффициента амбиполярной диффузии, типичного деления и L в слитках кремния путем зондировадля слабо легированного бездефектного n-Si. ния слитков в скрещенных лучах. Хотя максимально Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Инфракрасная томография времени жизни и диффузионной длины носителей заряда в слитках... используемый в работе размер слитка составлял 250 мм, Infrared tomography of the carrier lifetime предложенный метод может быть экстраполирован на and diffusion length is semiconductor большие размеры слитков из следующих соображений.

silicon ingots 1) Возможность измерения на расстоянии 170 мм от V.D. Akhmetov, N.V. Fateev точки входа луча накачки показана на рис. 4 (самая нижняя кривая); таким образом, в перпендикулярной Istitute of Semiconductor Physics, геометрии без проблем можно произвести измерения Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, по сечению слитка радиусом 170 мм (диаметром 340 мм).

630090 Novosibirsk, Russia 2) Максимальная длина слитка лимитируется ослаблением тестирующего луча за счет поглощения на сво

Abstract

A nondestructive method of measurements of a бодных носителях; для случая умеренно легированных 3-dimensional picture of the distribution of the lifetimes and слитков, с концентрацией носителей 1015 см-3, ис- diffusion lengths of charge carriers in silicon ingots of 1 m length пользуя сечение поглощения 2.5 · 10-17 см2 [1,2], полу- and 3 m diameter is presented. A physical basis of a method is infrared probing the ingot polished facets by crossed beams. One чаем, что ослабление интенсивности тестирующего луча of the beams, the impulsive-periodic one, having the wavelength за счет поглощения после прохода 1000 мм составляет of 1.15–1.28 µm generates redundunt carriers in a rodlike portion 10 раз — интенсивность такого луча еще вполне of the ingot adjacent to the beam trajectory, whereas other beams, измеряема. Кроме того, при более сильном легироваwhich are continuous and have longer wavelengths, control time нии возможно использование более коротковолнового and spatial kinetics of redundunt carriers within a small volume of тестирующего излучения, менее поглощаемого, и(или) the rodlike portion and its proximity through measurements of the использование геометрии, где луч накачки распростраfree carrier absorption.

няется вдоль слитка, а тестирующий луч — поперек.

The method does not require taking into account the surface Производительность метода может быть в принципе recombination because the volume in question has no contact with увеличена на несколько порядков путем одновременного the surface of the ingot. The method possible applications are использования нескольких тестирующих лучей, отли- demonstrated for an ingot with a given spatial non-uniformity of чающихся друг от друга по спектральному составу и the carrier lifetime. A spatial resolution of the method as high as пересекающихся с лучом накачки в разных областях several mm has been achieved.

слитка, и, более того, одновременного использования нескольких групп лучей, каждая из которых состоит из одного луча накачки и нескольких тестирующих лучей.

Таким образом, предложенный метод может быть использован для экспрессной неразрушающей томографии слитков кремния практически всех размеров, выращиваемых в настоящее время.

Авторы благодарят П.А. Бохана, В.В. Калинина, Л.С. Смирнова, С.С. Шаймеева за проявленный интерес и поддержку работы, А.А. Борисова за создание программы для цифрового осциллографа, И.И. Рябцева за предоставление лазера для предварительных экспериментов, В.А. Ткаченко за полезные замечания.

Список литературы [1] J. Linnros. J. Appl. Phys., 84, 275 (1998).

[2] V. Grivikas, J. Linnros, A. Vigelis, J. Seckus, J.A. Tellefsen. Sol.

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

[3] Ю.И. Гусев, С.И. Мареников, В.П. Чеботаев. Письма ЖТФ, 3, 305 (1978).

[4] Properties of Silicon. EMIS Datareviews Series N (London–N.Y., INSPEC, 1988) p. 171.

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.