устройство для определения электрофизических параметров полупроводниковых пластин

Формула изобретения

1. Устройство для определения электрофизических параметров полупроводниковых пластин, содержащее термостолик из проводящего материала, обеспечивающий нагрев или (и) охлаждение находящейся на нем полупроводниковой пластины, датчик температуры полупроводниковой пластины и анализатор сигнала, обеспечивающий регистрацию амплитудно-временных характеристик сигнала, отличающееся тем, что дополнительно введены источник электромагнитного излучения, выполненный с возможностью изменения излучения во времени по импульсной или периодической зависимости, а энергия кванта излучения источника выше порога генерации свободных носителей заряда в полупроводнике пластины, плоский прозрачный электрод из проводящего материала и высокоомный измерительный усилитель напряжения, причем источник электромагнитного излучения расположен над полупроводниковой пластиной и выполнен с возможностью ее облучения через прозрачный электрод, расположенный параллельно полупроводниковой пластине, между полупроводниковой пластиной и прозрачным электродом имеется прозрачная диэлектрическая прослойка, сам электрод подсоединен к входу высокоомного измерительного усилителя, а выход этого усилителя подсоединен к анализатору сигнала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно введено устройство, обеспечивающее фокусировку электромагнитного излучения таким образом, чтобы фокальное пятно находилось на поверхности полупроводниковой пластины и его диаметр не превышал требуемой локальности измерений.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике контроля параметров полупроводников и предназначено для локального контроля параметров глубоких центров (уровней).

Известны бесконтактные устройства (спектрофотометры) для определения параметров полупроводников, использующие регистрацию поглощения квантов света при стимуляции переходов примесь-зона и позволяющие определить основные параметры примеси [1]

Недостатком таких устройств является относительно низкая чувствительность (10¹⁶-10¹⁷ см^-3), малая разрешающая способность (0,2 эВ) и малая локальность (1 мм).

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения параметров полупроводниковых пластин, имеющих барьерный переход, основанное на релаксационной спектроскопии глубоких уровней (РСГУ) [2] В состав такого устройства входят термостолик (термостат), обеспечивающий нагрев или (и) охлаждение полупроводниковой пластины, датчик температуры полупроводника, источник напряжения смещения и импульсов заполнения и опустошения глубоких уровней (ГУ), зондовое устройство для подачи на барьерный переход (барьер Шоттки, p-n-переход, МДП-структура) напряжения смещения и импульсов заполнения опустошения, быстродействующий измеритель емкости барьерного перехода и анализатор сигнала (устройство селекции по времени), выделяющий сигнал с определенной постоянной времени. Такое устройство позволяет определять постоянные времени и амплитуды релаксационных процессов, связанных с перезарядкой ГУ в диапазоне температур. Параметры ГУ энергия активации, сечение захвата и концентрация определяются по зависимости постоянной времени и амплитуды релаксационного процесса от температуры. Достоинством такого устройства является то, что оно позволяет определить основные параметры ГУ с высокой чувствительностью (до 10⁸ 10⁹ см^-3) и высоким разрешением (лучше 10^-2эВ).

Недостаток необходимость создания на полупроводнике барьерного и омического контактов.

Целью изобретения является обеспечение неразрушающего бесконтактного контроля за счет устранения необратимых воздействий на полупроводник.

Эта цель достигается тем, что в известное устройство для определения электрофизических параметров полупроводников, содержащее термостолик из проводящего материала, обеспечивающий нагрев или (и) охлаждение находящейся на нем полупроводниковой пластины, датчик температуры полупроводниковой пластины и анализатор сигнала, обеспечивающий регистрацию амплитудно-временных характеристик сигнала, дополнительно введены источник электромагнитного излучения, выполненный с возможностью изменения излучения во времени по импульсной или периодической зависимости, причем энергия кванта излучения источника выше порога генерации свободных носителей заряда в полупроводнике пластины, а также введены плоский прозрачный электрод из проводящего материала и высокоомный измерительный усилитель напряжения. Источник электромагнитного излучения расположен над полупроводниковой пластиной и выполнен с возможностью ее облучения через прозрачный электрод, расположенный параллельно полупроводниковой пластине, между полупроводниковой пластиной и прозрачным электродом имеется прозрачная диэлектрическая прослойка. Сам электрод подсоединен к входу высокоомного измерительного усилителя, а выход этого усилителя подсоединен к анализатору сигнала.

Для обеспечения требуемой локальности дополнительно может быть введено устройство, обеспечивающее фокусировку электромагнитного излучения таким образом, чтобы фокальное пятно находилось на поверхности полупроводниковой пластины и его диаметр не превышал требуемой локальности измерений.

Сущность изобретения состоит в следующем. Как известно [2, 3, 4] в случае традиционной РСГУ на полупроводниковом барьерном переходе (p-n-переход, барьер Шоттки) создается изменяющаяся во времени неравновесная разность потенциалов путем подачи на переход постоянного напряжения смещения и импульсов зарядки (или разрядки). Релаксационные процессы, связанные с перезарядкой ГУ, регистрируются быстродействующим измерителем емкости барьерного перехода. Определение длительности и амплитуды релаксационного процесса осуществляются анализатором сигнала. Измерения производятся в диапазоне температур. В предлагаемом устройстве неравновесная разность потенциалов на барьерном переходе создается путем облучения полупроводниковой пластины импульсами сфокусированного электромагнитного излучения, т.е. генерацией фото-ЭДС. Информация о релаксационных процессах в полупроводнике регистрируется путем определения переменной составляющей напряжения на барьерном переходе с использованием емкостной связи. Это позволяет проводить измерения без каких-либо гальванических контактов. Кроме того, появляется возможность использования барьерного перехода поверхность-объем полупроводника и исследовать однородные по толщине пластины, в том числе полуизолирующие арсенидгаллиевые подложки. При использовании фокусирующего устройства возможны локальные измерения.

На чертеже представлена функциональная блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит термостолик 1, имеющий нагреватель 2, охладитель 3 и датчик температуры (терморезистор) 4. Устройство также содержит прозрачную диэлектрическую пленку 5, прозрачный проводящий электрод 6, фокусирующее устройство 7, светодиод 8 со световодом 9, импульсный генератор 10, источник питания нагревателя 11, цифровой измеритель сопротивления 12, устройство питания жидким азотом 13, высокоомный измерительный усилитель 14, цифровой запоминающий осциллограф 15, электронно-вычислительную машину 16. Цифровой осциллограф 15 и ЭВМ 16 образуют анализатор сигнала, светодиод 8, световод 9 и импульсный генератор 10 импульсный источник света, а терморезистор 4 и измеритель сопротивления 12 датчик температуры. Источник питания нагревателя 11 и устройство питания жидким азотом 13 обеспечивают функционирование термостолика. Диэлектрическая пленка 5 выполняет роль прозрачной диэлектрической прослойки.

Устройство работает следующим образом.

Полупроводниковая пластина 17 помещается на термостолик 1 и освещается импульсами света светодиодом 8 через световод 9, фокусирующее устройство 7, прозрачный электрод 6 и прозрачную диэлектрическую пленку 5. Светодиод запитывается от генератора импульсов 10. При освещении полупроводниковой пластины импульсами света на ее поверхности возникает импульсная фото-ЭДС, которая снимается с помощью электрода 9 и поступает на вход высокоомного усилителя 14. Емкостной электрод 9 представляет из себя сапфировую пластину, покрытую с одной стороны прозрачным проводящим слоем (пленка In₂O₃). Между полупроводниковой пластиной 17 и электродом 9 расположена прозрачная пленка из фторопласта толщиной 10 мкм. С выхода усилителя 14 сигнал поступает на цифровой запоминающий осциллограф 15. Последний преобразует сигнал в цифровую форму и передает ее в ЭВМ.