Метод РСГУ (стр. 3 из 5)

Режимы работы

Делая серию термических сканирований для определения энергий активации, необходимо изменять t₁ и t₂, чтобы получить различные окна скорости для каждого сканирования согласно уравнению (8). Три схемы изменения этих параметров кажутся естественными: а именно, (i) t₁ фиксировано, изменяется t₂; (ii) t₂ фиксировано, изменяется t₁; (iii) t₁/t₂ фиксировано, изменяются t₁ и t₂ Третий вариант кажется предпочтительным по причинам, которые ниже обсуждаются.

На рис.7 показана серия спектров, полученных с пятью различными окнами скорости. Две ловушки неосновных носителей в образце n - GаАs обозначены для удобства А и В. Отсчитанные от валентной зоны, энергии активации, определенные путем тщательных измерений релаксации емкости по точкам при фиксированных температурах, равны, соответственно. 0.44 и 0.76 эВ. Концентрация обеих ловушек равна 1.4 10¹⁴ см^-3 в не легированном образце с n=5·10¹⁵ см^-3 , выращенном методом жидкофазной эпитаксии. Изменение t₁ и t₂ на рис.7 соответствует приведенному выше варианту (iii). Отметим важную особенность: пики смещаются относительно жестко, не изменяя формы с изменением окна скорости. При использовании метода (i) пики изменяют существенно и величину и форму: низкотемпературная сторона смещается с изменением t₂, тогда как высокотемпературная сторона почти не смещается. Метод (ii) дает прямо противоположный результат - смещается высокотемпературная сторона, как и ожидалось.

Уравнение (8), конечно, справедливо для всех 3-х случаев, и данные, полученные тремя способами, согласуются. Однако, определять местоположение пика проще и эстетически приятнее, используя схему (iii) с фиксированным отношением. Кроме того, получение результатов упрощается, так как ln(t₁/t₂) становится константой в уравнении (8).

Интересно сравнить данные зависимости «скорость от 1/Т», полученные из рис.7, и данные, полученные путем серии тщательных измерении при различных фиксированных температурах. Температуры, соответствующие максимумам ловушечных пиков, помечены на рис.7 стрелками. Соответствующие скорости эмиссии при этих температурах просто рассчитываются из t₁ и t₂ с помощью уравнения (8). Результирующие точки данных показаны на рис.8 с горизонтальной полоской ошибки, указывающей неопределенность локализации максимумов пиков на рис.7. Сплошная линия получена путем многих тщательных измерений релаксаций емкости при фиксированных температурах. Пунктирная линия - это экстраполяция в случае В, так как пик DLTS наблюдался в температурном интервале отличном от того, в котором проводились измерения данных в фиксированных точках. Согласие между двумя методами действительно замечательное, принимая во внимание огромную разницу во времени и усилиях. необходимых для получения данных. В качестве демонстрации точности DLTS метода, подчеркнем снова — то, что сделано на рис.8, это только определение положений максимумов пиков на рис,7 в сочетании с уравнением (8) и установкой моментов времени измерений. Без использования каких-либо регулируемых параметров получено очень хорошее согласие с чрезвычайно точным результатом.

Также легко получить концентрацию ловушек из температурного DLTS сканирования. Так как τ_max определяется установкой величин t₁ и t₂, можно, используя уравнения (6) и (7) в сочетании с (5). получить -ΔС(О) для максимума пика. Затем. если импульс основных носителей достаточно большой и достаточно длительный, чтобы полностью заполнить ловушки, можно использовать (3) для расчета концентрации ловушек. Последнее условие легко контролировать, сделав несколько сканирований с возрастающими по величине и длительности импульсами, пока пик ловушки не будет больше расти. Контроль концентраций ловушек с известными свойствами на серии образцов становится особенно удобным с помощью DLTS метода. А priori известно, где на температурной шкале будет появляться данная ловушка для определенного окна скорости, известны также величина и длительность импульса инжекции, необходимые для полного заполнения ловушки, что позволяет применять уравнение (3). Достаточно сканирования с понижением температуры и медленным окном скорости и последующего сканирования с повышением температуры, чтобы сделать видимыми большинство типов ловушек в регулируемом температурном интервале. Следует указать, однако, что описанная выше схема строго справедлива только в случае ловушек с экспоненциальной релаксацией. Не экспоненциальный случай может иметь место, особенно для промежуточных и мелких ловушек, и должна быть соблюдена осторожность при анализе такой ситуации. Относительное сравнение одной и той же ловушки на серии образцов с одинаковым окном скорости все же справедливо. Единственная проблема в том, что нельзя использовать уравнения (5)-(8), чтобы определить ΔС(0) в не экспоненциальном случае, и абсолютное определение N с помощью (3) является более трудным.

Обсудим теперь более сложные измерения профилей концентрации и скоростей захвата. Процедура такая же, как на рис.7, за исключением того, что все ловушки измеряются вместе при температурном сканировании, при этом нет трудностей разделения сигналов, которые существуют в методе фиксированных температур. Изложим здесь способ кратко, для более полного обсуждения читатель отсылается к работе.

Профилирование концентрации и ловушек при DLTS сканировании является непосредственным, однако, требует некоторого числа сканирования для достижения хорошего разрешения. Рис. 9 и 10 показывают типичные данные о концентрационном профиле ловушек неосновных носителей А и В в n - GaAs. Сущность метода та же, что и при фиксированных температурах в работе, а именно, в наблюдении зависимости величины сигнала от напряжения импульса основных носителей. Для ловушек основных носителей это особенно просто: если изменять импульс основных носителей от нуля до максимальной величины, то сразу после инжекции пики ловушек возрастают соответственно большей доле равновесной области обеднения, в которой ловушки заполнены (рис.3). При этом необходимо использовать достаточно длительный импульс, чтобы полностью заполнить исследуемые ловушки основными носителями в области, определяемой амплитудой импульса. Затем строится график зависимости сигнала от напряжения импульса основных носителей, аналогичный изображенном на рис.10. Если это прямая линия, то, как показано ранее, профиль концентрации ловушек пропорционален профилю носителей. Отклонение от линейности указывает на соответствующее отклонение от профиля носителей.

Для профилирования ловушек неосновных носителей требуется два импульсных генератора (рис.9 и 10). Первый импульс, как при обычном DLTS сканировании, - насыщающий импульс инжекции, который заполняет все ловушки неосновными носителями в исследуемой области (рис.2). Второй импульс, как в работе, это импульс основных носителей, регулируемого напряжения и длительности достаточной, чтобы полностью опустошить ловушки от неосновных носителей в области, определяемой напряжением импульса. Как и в случае ловушек основных носителей, делают серию сканирований, постепенно увеличивая импульс основных носителей (рис.9), но при этом строят график зависимости убывания сигнала от напряжения импульса (рис.10), чтобы определить профиль. Используя уравнение (А7) из работы, данные рис.10 и профиль носителей в данном образце, мы определили, что обе ловушки (А и В) имеют однородное распределение и концентрацию около 1,4 · 10¹⁴ см^-3 .

Скорость захвата определена путем измерения высоты пика как функции инжекции, или ширины импульса основных носителей, как в работе. Рис.11 показывает типичный пример для случая радиационного дефекта-ловушки в n - GaAs. Отметим также, что разница знаков для ловушек основных и неосновных носителей иллюстрируется графически. Чтобы измерить обе скорости захвата для данной ловушки, необходимо использовать два генератора импульсов - один для измерения скорости заполнения, второй - для измерения скорости опустошения, когда ловушка заполнена. Скорость захвата основных носителей измеряется непосредственно. Для этого просто строится график высоты сигнала в 'зависимости от ширины импульса основных носителей. Захват неосновных носителей более сложен, так как скорость его зависит от концентрации инжектированных неосновных носителей. Построив скорость заполнения для ловушки неосновных носителей или скорость опустошения для ловушки основных носителей как функцию тока инжекции можно получить скорость захвата неосновных носителей. Абсолютные значения трудно получить для GaAs из-за сложности в установлении соотношения между концентрацией неосновных носителей и измеряемым током импульса инжекции. Однако, эта проблема менее строгая в Si и GaP.