Name: Träger Lebensdauer Messungen in Halbleitern durch die Mikrowellen-Photoconductivity-Decay-Methode (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-04-18T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 38 s
Description: Lernen Sie die Mikrowellen-Photoconductivity-Decay-Methode zur Trägerlebensdauermessung in Halbleitern wie Siliziumkarbid. Dieses Protokoll ermöglicht präzise Materialcharakterisierung unter verschiedenen Bedingungen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Diese Arbeit wurde von Nagoya Institute of Technology, Japan unterstützt.

1. Vorbereitung der Probe
<ol><li>Bereiten Sie eine n-Typ 4H-SiC Epilayer (Table of Materials).</li>
	<li>Waschen Sie die Probe mit Aceton und dann mit Wasser, jeweils für 5 min, mit einer</li>
	<li>Ultraschall-Waschmaschine.</li>
	<li>Verwenden Sie eine Stickstoff-Pistole, um Feuchtigkeit auf der Oberfläche der Probe zu entfernen.</li>
</ol>2. Vorbereitung von wässrigen Lösungen
<ol><li>Bereiten Sie 1 M jeweils H2SO4, HCl, Na2SO4, NaOH oder HF bei 1 wt % Konzentration. Auswählen und Vorbereiten einer wässrigen Lösung gemessen werden.</li>
	<li>Vorbereiten eine Quarz-Zelle mit 5 mm (Länge) x 20 mm (Breite) x 40 mm (Höhe) Abmessungen und gießen Sie dann die wässerige Lösung hinein. Setzen Sie die vorbereitete Probe in die Zelle und dann in die wässrige Lösung eintauchen. Hinweis: mindestens 4 mL der wässrigen Lösung in die Quarz-Zelle ist erforderlich für die Probe vollständig eingetaucht werden. Wenn Sie die Lösung zu ändern, Reinigung behandeln die Probe mit Ultraschall mit Aceton und reines Wasser.</li>
</ol>3. Vorbereitung der Messgeräte
<ol><li>Schalten Sie die Stromversorgung des 266 nm gepulsten Lasers, die Lichtquelle zu begeistern. Danach stellen Sie den Laser-Modus im Standby-Modus.</li>
	<li>Gepulste Laser und Oszillator durch ein Bajonett Neill-Concelman (BNC) Kabel anschließen. Schalten Sie den Oszillator und Eingabe einer Pulswelle 100 Hz gepulste Laser.</li>
	<li>Verbinden Sie eine Photodiode für Trigger Erwerb durch einen Trigger Eingangskanal des Oszilloskops mit einem BNC-Kabel.</li>
	<li>Schalten Sie die Stromversorgung der Fotodiode.</li>
	<li>Bestrahlen Sie gepulsten Laser zu und die Blende des Wellenleiters Mikrowelle auf der Strahlengang des Laserlichts in Richtung normal auf das Licht. Achtung: Letztere dabei sollte der Experimentator während Laserbestrahlung Auge Schutzbrille tragen.</li>
	<li>Installieren Sie eine Hälfte-Spiegel in den optischen Pfad des gepulsten Lasers zu, wie in Abbildung 1gezeigt, und reflektieren Sie die gepulsten Laser auf die Fotodiode.</li>
	<li>Schalten Sie das Oszilloskop und legen Sie dann die Triggerschwelle auf eine Spannung ausreicht, um von der Photodiode signalisieren. Hinweis: Der Schwellenwert kann kleiner als der Gipfel des Triggersignals eingestellt werden. Betritt ein unbeabsichtigtes reflektiertes Licht die Fotodiode, zeigt das Oszilloskop eine Frequenz, die unterscheidet sich stark von der gepulsten Laser-Frequenz. In diesem Fall wiederholen Sie Schritt 3.6.</li>
	<li>Überprüfen Sie die Trigger-Frequenz mit einem Oszilloskop und stimmen Sie den Oszillator genau.</li>
	<li>Versetzen Sie die Laser-Modus in den Standbymodus.</li>
	<li>Verbinden Sie eine Schottky Barrier Diode in eine Mikrowelle Wellenleiter für reflektierten Mikrowellen-Erkennung und ein Signal Eingangskanal des Oszilloskops, durch ein BNC-Kabel.</li>
	<li>Anwenden einer 9,5 V Betriebsspannung, eine Gunn-Diode.</li>
	<li>Die Quarz-Zelle (Schritt 2.2) auf dem Stand vor der Blende so nah wie möglich zu platzieren. Fixieren Sie mit Klebeband.</li>
</ol>4. Messen und Speichern von Daten
<ol><li>Schalten Sie den Laser Licht Schwingung und bestrahlen Sie das Licht auf die Probe zu.</li>
	<li>Legen Sie ein halb-Waveplate (λ/2), einen Polarisator und einen Leistungsmesser auf den Strahlengang (Abbildung 1).</li>
	<li>Bestrahlen Sie den gepulsten Laser Leistungsmesser, wie in Abbildung 1dargestellt. Überprüfen Sie die Anregung Intensität des Lasers.</li>
	<li>Stellen Sie den λ/2-Winkel zur Steuerung der Intensität der Erregung. Hinweis: λ/2 ändert sich die Polarisationsrichtung des Laserlichts, während der Polarisator nur eine leichte Polungsrichtung, überträgt durch die Anregung Intensität gesteuert wird. Eingespritzte Photon dichten sind 8 x 1013 cm−2 und für den 266-nm-Laser, die Erregung Träger Dichte in 4 H-SiC ist 4.5 x 1017 cm−3.</li>
	<li>Entfernen Sie das Powermeter aus dem optischen Pfad.</li>
	<li>Einstellen Sie die Zeit/Div und V/Div des Oszilloskops so, dass die Peak-Signal auf dem Oszilloskop angezeigt wird.</li>
	<li>Passen Sie die Amplitude und Phase der Mikrowelle durch ein E-H-Tuner. Überprüfen Sie das Oszilloskop und suchen Sie nach der E-H-Tuner wo befindet sich das Peak Signal maximal. Anpassung der E-H Tuner führt zu Signalverlust, gescheitert, wie in Abbildung 2dargestellt. Hinweis: Ein Verstärker dient zur Stärkung der Verfall Signalgabe bei nicht ausreichend große Signal relativ Hintergrundgeräusche oder wenn sie nicht eingehalten wird, auch nach dem Einstellen des E-H-Tuners. Der Verstärker befindet sich zwischen der Schottky Barrier Diode und den Signal-Eingangskanal des Oszilloskop mit einem BNC-Kabel, wie in Abbildung 1dargestellt.</li>
	<li>Wiederholen Sie die Schritte 4.6 und 4.7 um die Stimmung zu vervollständigen.</li>
	<li>Einstellen des Zeit/Div das Oszilloskop und eine Verfalls-Kurve in den Messbereich auf dem Oszilloskop zu skizzieren.</li>
	<li>Durchschnitt das Signal für eine beliebige Anzahl von Zeiten, das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern.</li>
	<li>Die Messdaten als elektronische Datei um eine Erinnerung zu speichern und dann von dem Oszilloskop entfernen.</li>
</ol>5. Datenverarbeitung
<ol><li>Importieren Sie die Signaldaten an einen PC.</li>
	<li>Plot-Zerfall Kurven aus dem Experiment als Funktion der Zeit gewonnen.</li>
	<li>Berechnen Sie den Mittelwert der Störschallpegel, subtrahieren Sie ihn aus dem Zerfall Signal und Plotten Sie es als Funktion der Zeit.</li>
	<li>Finden Sie den Spitzenwert des Verfalls Signals erhalten im Schritt 5.3 zu und teilen Sie das Verfall-Signal durch den Spitzenwert.</li>
</ol>

<ol><li>Kunst, M., Beck, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+study+of+charge+carrier+kinetics+in+semiconductors+by+microwave+conductivity+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">The study of charge carrier kinetics in semiconductors by microwave conductivity measurements.</a> Journal of Applied Physics. 60 (10), 3558-3566 (1986).</li>
<li>Klein, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carrier+lifetime+measurement+in+n%E2%88%924H-SiC+epilayers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Carrier lifetime measurement in n−4H-SiC epilayers.</a> Journal of Applied Physics. 103, 033702(2008).</li>
<li>Linnros, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carrier+lifetime+measurements+using+free+carrier+absorption+transients.+I.+Principle+and+injection+dependence%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Carrier lifetime measurements using free carrier absorption transients. I. Principle and injection dependence.</a> Journal of Applied Physics. 84, 275-283 (1998).</li>
<li>Mae, S., Tawara, T., Tsuchida, H., Kato, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microscopic+FCA+System+for+Depth-Resolved+Carrier+Lifetime+Measurement+in+SiC%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Science+Forum%22%5BJournal%5D)">Microscopic FCA System for Depth-Resolved Carrier Lifetime Measurement in SiC.</a> Materials Science Forum. 924, 269-272 (2018).</li>
<li>Miyazawa, T., Ito, M., Tsuchida, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+long+carrier+lifetimes+in+thick+4H+silicon+carbide+epitaxial+layers%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Evaluation of long carrier lifetimes in thick 4H silicon carbide epitaxial layers.</a> Applied Physics Letters. 97, 202106(2010).</li>
<li>Kimoto, T., Danno, K., Suda, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lifetime-killing+defects+in+4H-SiC+epilayers+and+lifetime+control+by+low-energy+electron+irradiation%5BTitle%5D)+AND+%22Physica+Status+Solidi+B%22%5BJournal%5D)">Lifetime-killing defects in 4H-SiC epilayers and lifetime control by low-energy electron irradiation.</a> Physica Status Solidi B. 245, 1327(2008).</li>
<li>Ščajev, P., Gudelis, V., Jarašiūnas, K., Klein, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+and+slow+carrier+recombination+transients+in+highly+excited+4H-and+3C-SiC+crystals+at+room+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Fast and slow carrier recombination transients in highly excited 4H-and 3C-SiC crystals at room temperature.</a> Journal of Applied Physics. 108, 023705(2010).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22SEMI+Standard%2C+SEMI+MF1535%22">SEMI Standard, SEMI MF1535</a>. , (2007).</li>
<li>Hashizume, H., Sumie, S., Nakai, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carrier+Lifetime+Measurements+by+Microwave+Photoconductivity+Decay+Method%5BTitle%5D)+AND+%22ASTM+Special+Technical+Publication%22%5BJournal%5D)">Carrier Lifetime Measurements by Microwave Photoconductivity Decay Method.</a> ASTM Special Technical Publication. 1340, 47(1998).</li>
<li>Schöfthaler, M., Brendel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sensitivity+and+transient+response+of+microwave+reflection+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Sensitivity and transient response of microwave reflection measurements.</a> Journal of Applied Physics. 77, 3162(1995).</li>
<li>Ichikawa, Y., Ichimura, M., Kimoto, T., Kato, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Passivation+of+Surface+Recombination+at+the+Si-Face+of+4H-SiC+by+Acidic+Solutions%5BTitle%5D)+AND+%22ECS+Journal+Solid+State+Science+and+Technology%22%5BJournal%5D)">Passivation of Surface Recombination at the Si-Face of 4H-SiC by Acidic Solutions.</a> ECS Journal Solid State Science and Technology. 7 (8), Q127-Q130 (2018).</li>
<li>Mori, Y., Kato, M., Ichimura, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface+recombination+velocities+for+n-type+4H-SiC+treated+by+various+processes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics+D%3A+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Surface recombination velocities for n-type 4H-SiC treated by various processes.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 47, 335102(2014).</li>
<li>Kato, M., Mori, Y., Ichimura, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microwave+reflectivity+from+4H-SiC+under+a+high+injection+condition%3A+impacts+of+electron-hole+scattering%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Microwave reflectivity from 4H-SiC under a high injection condition: impacts of electron-hole scattering.</a> Journal of Applied Physics. 54, 04DP14(2015).</li>
<li>Kato, M., Matsushita, Y., Ichimura, M., Hatayama, T., Ohshima, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Excess+Carrier+Lifetime+in+p-Type+4H-SiC+Epilayers+with+and+without+Low-Energy+Electron+Irradiation%5BTitle%5D)+AND+%22Japanese+Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Excess Carrier Lifetime in p-Type 4H-SiC Epilayers with and without Low-Energy Electron Irradiation.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 51, 028006(2012).</li>
<li>Kato, M., Yoshida, A., Ichimura, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimation+of+Surface+Recombination+Velocity+from+Thickness+Dependence+of+Carrier+Lifetime+in+n-Type+4H-SiC+Epilayers%5BTitle%5D)+AND+%22Japanese+Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Estimation of Surface Recombination Velocity from Thickness Dependence of Carrier Lifetime in n-Type 4H-SiC Epilayers.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 51, 02BP12(2012).</li>
<li>Mori, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Excess+Carrier+Lifetime+Measurement+of+Bulk+SiC+Wafers+and+Its+Relationship+with+Structural+Defect+Distribution%5BTitle%5D)+AND+%22Japanese+Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Excess Carrier Lifetime Measurement of Bulk SiC Wafers and Its Relationship with Structural Defect Distribution.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 44, 8333(2005).</li>
<li>Jenny, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+annealing+on+carrier+lifetime+in+4H-SiC%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Effects of annealing on carrier lifetime in 4H-SiC.</a> Journal of Applied Physics. 100, 113710(2006).</li>
<li>Hayashi, T., Asano, K., Suda, J., Kimoto, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temperature+and+injection+level+dependencies+and+impact+of+thermal+oxidation+on+carrier+lifetimes+in+p-type+and+n-type+4H-SiC+epilayers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Temperature and injection level dependencies and impact of thermal oxidation on carrier lifetimes in p-type and n-type 4H-SiC epilayers.</a> Journal of Applied Physics. 109, 014505(2011).</li>
<li>Okuda, T., Miyake, H., Kimoto, T., Suda, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long+Photoconductivity+Decay+Characteristics+in+p-Type+4H-SiC+Bulk+Crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Japanese+Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Long Photoconductivity Decay Characteristics in p-Type 4H-SiC Bulk Crystals.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 52, 010202(2013).</li>
<li>Schofthaler, M., Brendel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sensitivity+and+transient+response+of+microwave+reflection+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Sensitivity and transient response of microwave reflection measurements.</a> Journal of Applied Physics. 77, 3162-3173 (1995).</li>
<li>Beck, G., Kunst, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contactless+scanner+for+photoactive+materials+using+laser-induced+microwave+absorption%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Contactless scanner for photoactive materials using laser-induced microwave absorption.</a> Review of Scientific Instruments. 57, 197-201 (1986).</li>
<li>Kolen'ko, Y. V., Churagulov, B. R., Kunst, M., Mazerolles, L., Colbeau-Justin, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photocatalytic+properties+of+titania+powders+prepared+by+hydrothermal+method%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Catalysis+B%3A+Environmental%22%5BJournal%5D)">Photocatalytic properties of titania powders prepared by hydrothermal method.</a> Applied Catalysis B: Environmental. 54, 51-58 (2004).</li>
<li>Carneiro, J. T., Savenije, T. J., Moulijn, J. A., Mul, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+Au+on+TiO2+catalyzed+selective+photocatalytic+oxidation+of+cyclohexane%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Photochemistry+and+Photobiology+A%3A+Chemistry%22%5BJournal%5D)">The effect of Au on TiO2 catalyzed selective photocatalytic oxidation of cyclohexane.</a> Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 217, 326-332 (2011).</li>
<li>Luna, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synergetic+effect+of+Ni+and+Au+nanoparticles+synthesized+on+titania+particles+for+efficient+photocatalytic+hydrogen+production%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Catalysis+B%3A+Environmental%22%5BJournal%5D)">Synergetic effect of Ni and Au nanoparticles synthesized on titania particles for efficient photocatalytic hydrogen production.</a> Applied Catalysis B: Environmental. 191, 18-28 (2016).</li>
<li>Kunst, M., Beck, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+study+of+charge+carrier+kinetics+in+semiconductors+by+microwave+conductivity+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">The study of charge carrier kinetics in semiconductors by microwave conductivity measurements.</a> Journal of Applied Physics. 60, 3358(1986).</li>
<li>Kunst, M., Beck, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+study+of+charge+carrier+kinetics+in+semiconductors+by+microwave+conductivity+measurements.+II%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">The study of charge carrier kinetics in semiconductors by microwave conductivity measurements. II.</a> Journal of Applied Physics. 63, 1093(1988).</li>
<li>Schindler, K. -M., Kunst, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Charge-Carrier+Dynamics+in+TiO2+Powders%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Charge-Carrier Dynamics in TiO2 Powders.</a> The Journal of Physical Chemistry. 94, 8222-8226 (1990).</li>
<li>Savenije, T. J., de Haas, M. P., Warman, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Yield+and+Mobility+of+Charge+Carriers+in+Smooth+and+Nanoporous+TiO2+Films%5BTitle%5D)+AND+%22Zeitschrift+f%C3%BCr+Physikalische+Chemie%22%5BJournal%5D)">The Yield and Mobility of Charge Carriers in Smooth and Nanoporous TiO2 Films.</a> Zeitschrift für Physikalische Chemie. , 201-206 (1999).</li>
<li>Colbeau-Justin, C., Kunst, M., Huguenin, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+influence+on+charge-carrier+lifetimes+in+TiO2+powders+studied+by+microwave+absorption%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Science%22%5BJournal%5D)">Structural influence on charge-carrier lifetimes in TiO2 powders studied by microwave absorption.</a> Journal of Materials Science. 38, 2429-2437 (2003).</li>
<li>Kato, M., Kohama, K., Ichikawa, Y., Ichimura, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carrier+lifetime+measurements+on+various+crystal+faces+of+rutile+TiO2+single+crystals%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Letters%22%5BJournal%5D)">Carrier lifetime measurements on various crystal faces of rutile TiO2 single crystals.</a> Materials Letters. 160, 397-399 (2015).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

4.7 im μ-PCD-Protokoll geht der wichtigste Punkt. Der E-H-Tuner gegründet mit einem beweglichen Kurzschluss in den Ebenen E und H. So bewegt der Kurzschluss des Tuners E oder H-Tuner ändert sich die Amplitude und Phase des reflektierten Mikrowellen und maximiert die Signalamplitude. Tuning hat großen Einfluss auf die Wellenform der Verfall Kurve und streng durchgeführt werden muss. Im Falle eine schwache Signalstärke, wo tuning schwierig sein könnte, können ein paar Dutzend Tuning Durchschnitte verwendet werden. Nicht stimmen, sind die μ-PCD-Verfall-Kurven nicht zu beobachten; nur das Rauschsignal eines Oszilloskops wird beobachtet. Abbildung 2 zeigt die Oszilloskop Wellenform in einem solchen Fall.
Es ist leicht, sehr widerstandsfähigen Proben zu messen, da gibt es keine Untergrenze der Leitfähigkeit. Wenn die Probe Widerstand gering ist oder wenn die Probe dick ist, ist der Skin-Effekt der Mikrowelle nicht zu vernachlässigen. Die Entfernung bis die elektrische Feldstärke der Mikrowelle 1/e Zeiten wird nennt man Hauttiefe <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq11.jpg"> , das drückt sich durch Gleichung 9:
<img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq12.jpg">(9)
wo ω ist die Kreisfrequenz der Mikrowelle, und ε, ρund μ repräsentieren der Probe Dielektrizitätskonstante, Widerstandsfähigkeit und Durchlässigkeit. Im Falle von Si und SiC wurden ungefähre δ -Werte für die 10 GHz Mikrowelle 9 mm bei 50 Ω∙cm, 2 mm auf 10 Ω∙cm, 500 μm bei 1 Ω∙cm und 150 μm bei 0,1 Ω∙cm. Daher werden Messungen für Proben mit typischen dicken (mehrere hundert Mikrometer) auf weniger als 0,1 Ω∙cm δ Genauigkeit verlieren. Auf der anderen Seite sind die Mikrowelle und optische Strahlung Vorfall von der gegenüberliegenden des Wafers in diesem Protokoll. Ein vernachlässigbaren Effekt der Haut zeigt bessere Mikrowelle und optische Strahlung von der gleichen Seite.
Niedrigere Grenzwerte hängen von der Widerstandsfähigkeit und Dicke der Probe aus der Interaktion mit der Mikrowelle. Für höchst widerstandsfähigen Proben sind die typischen Untergrenzen der überschüssige Träger in der Größenordnung von 1012 cm−3. Auf der anderen Seite, Elektron-Loch-Streuung an überschüssige Träger größer als 1016 cm−3, anzusehen wie in Nr. 13 diskutiert.
Die μ-PCD-Verfall-Kurven wurde sanft bei hoher Erregung Dichte aufgrund von Unproportionality der Mikrowelle Reflektivität der überschüssige Träger-Konzentration so, dass die Gleichung (3) verlöre seine Gültigkeit13,25,26 und τ1/e würde überschätzt werden. Abbildung 8 zeigt die μ-PCD Verfall Kurve einer chemischen mechanischen Polieren Oberflächenbehandlung n-Typ 4 H-SiC mit Anregung auf dem Si-Gesicht von 266 nm unter hoher Erregung Intensität.
Darüber hinaus hängt die zeitliche Auflösung auf die Leistung des Apparates Messung z. B. einer Anregungsquelle ein Oszilloskop und einem Verstärker. Zum Beispiel in dieser Studie den Apparat bestand aus einem gepulsten Laser mit Impulsbreite von 1 ns die Anregungsquelle sowie ein Oszilloskop mit einem Frequenzband von 500 MHz. Infolgedessen wurde messbare Mindestlebensdauer schätzungsweise 2 ns.
Wie bereits erwähnt, ist μ-PCD sehr nützlich für die Charakterisierung von Halbleitern wie Si. Dennoch kann seine Anwendung zu anderen Materialien, zum Beispiel in photoaktiven Materialien einschließlich TiO227,28,29,30verlängert werden.
Außerdem befinden sich neben der μ-PCD, TR-PL2 und TR-FCA eingeführt in den früheren Abschnitten die anderen Messtechniken der beiden Träger Lebensdauer. TR-PL beobachtet die Zeitumstellung von Photolumineszenz verursacht durch Träger Rekombination während TR-FCA beobachtet das Mal ändern der Sonde Licht Absorption4. Frei Frachtführer Absorption tritt insbesondere auf, wenn Licht mit Energie kleiner als die Bandlücke während Träger Erregung3bestrahlt wird. Dennoch, im Vergleich zu diesen beiden, μ-PCD direkt beobachtet elektrischen Leitfähigkeit von Mikrowelle und verfügt über eine hohe Oberflächenrauhigkeit und Signalempfindlichkeit, so dass es die ideale Methode für Träger Lebensdauer Messung für Halbleiteranwendungen Gerät.

Überschüssige Träger in Halbleitern sind optisch durch die Injektion von Photonen mit Energie größer als die Kluft zwischen der Wärmeleitung und Valence Bands begeistert. Aufgeregt überschüssige Träger, verschwinden dann, durch ein Elektron-Loch-Rekombination innerhalb eine Zeitkonstante, bekannt als der Träger-Lebensdauer, die großen Einfluss auf die Leistung von Halbleiterbauelementen während des Betriebs. Als einer der wichtigen Parameter für Halbleiter-Bauelemente und Materialien die Träger-Lebensdauer ist sehr empfindlich auf das Vorhandensein von Mängeln in diesen Materialien und weitere erfordert eine bequeme Methode der Bewertung. J. Warman und M. Kunst entwickelt eine transiente Technik nannten die Zeit gelöst Mikrowelle Leitfähigkeit (TRMC), die Mikrowellenabsorption kostenlos Träger Dynamik in Halbleitern1folgen beinhaltet. Andere Forscher vorgeschlagen die transiente Foto Leitfähigkeit (TPC), andernfalls bekannt als die Mikrowelle Photoconductivity Zerfall (μ-PCD), ist die allgemein angenommene materiellen Qualifikation-Technik in der Halbleiterindustrie aufgrund seiner trägheitslos und zerstörungsfreie Messungen der Träger Lebensdauer. Insbesondere für Siliciumcarbid (SiC), drei Haupttechniken gelten: µ-PCD, zeitaufgelöste Photolumineszenz (TR-PL) und Zeit gelöst frei Frachtführer Absorption (TR-FCA)2,3,4,5 ,6,7. Unter diesen Techniken ist µ-PCD die meistverwendeten, weil im Vergleich zu den beiden anderen als es Oberflächenrauhigkeit Unempfindlichkeit Exponate (d. h. Oberfläche für jeden messbaren verschiedene Rauheit8,9,10 ) und hohe Signalempfindlichkeit für aufgeregt Carrier (d. h. mit einer optimalen Mikrowelle-Komponente). Im Allgemeinen wurde µ-PCD bevorzugt für Träger Lebensdauer Messung in SiC und andere Halbleiter Materialien2,5,6,11,12,13 ,14,15,16,17,18,19.
Das Messprotokoll und Prinzip der μ-PCD1,20,21 ist hier detailliert. Im Prinzip wird eine reflektierte Mikrowelle als Sonde verwendet. Hier ist die Mikrowelle Reflexion einer Probe R(σ) entspricht dem Verhältnis zwischen der Intensität des reflektierten Mikrowellen P(σ) und der Vorfall Mikrowelle Intensität Pin ausgedrückt durch Gleichung 1:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq1.jpg">(1)
Durch Bestrahlung eines Puls-Lasers, ändert sich die Leitfähigkeit von einer Probe σ σ + Δσ; ebenso wandelt R (σ) , R(σ + Δσ). So erhält ΔR durch Gleichung 2:
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq2.jpg">(2)
In Taylorreihe zu führen ist R(σ + Δσ) in eine Störung (kleine Δσ) Annäherung entwickelt.
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq3.jpg">(3)
während Δσ wird
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq4.jpg">, (4).
wo q die Elementarladung ist μp ist die Loch-Mobilität μn ist die Elektron-Mobilität und Δp ist die überschüssige Träger-Konzentration. Aus den vorstehenden Gleichungen<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq5.jpg">ΔR und Δp durch verknüpft sind
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq6.jpg">. (5)
Die Abhängigkeit der Mikrowelle Reflexion auf überschüssige Träger Konzentration ermöglicht μ-PCD, den Zeitwert der überschüssige Träger zu beobachten, die wir verwenden können, um die Träger Lebensdauer der Halbleiter-Materialien zu schätzen.

<table><tbody><tr><td>n-Typ 4H-SiC Epischicht</td><td>Ascatron AB http://ascatron.com/</td><td></td> <td>Probe</td></tr><tr><td>266 nm gepulster Laser</td><td>CryLaS GmbH http://www.crylas.de/</td> <td>FQSS 266-50&nbsp;</td><td>Anregungs-Lichtquelle</td></tr><tr><td>Fotodiode</td><td>THORLABS https://www.thorlabs.com/index.cfm</td><td>DET10A/M</td><td>Triggersignal-Detektion</td></tr><tr><td>Schottky-Barrier-Diode</td><td>ASI http://www.advancedsemiconductor.com/</td> <td>1N23WE</td><td>Reflektierte Mikrowellen-Detektion</td></tr><tr><td>Gun-Diode</td><td>Microsemi https://www.microsemi.com/</td> <td>MO86751C</td><td>Mikrowellen-Erzeugungsquelle</td></tr><tr><td>E-H-Tuner&nbsp;</td><td>SPC ELECTRONICS CORPORATION</td><td></td> http://www.spc.co.jp/index.html <td>Mikrowellenkomponente</td></tr><tr><td>Zirkulator</td><td>SPC ELECTRONICS CORPORATION</td><td></td> http://www.spc.co.jp/index.html <td>Mikrowellenkomponente</td></tr><tr><td>Rechteckwellenleiter</td><td>SPC ELECTRONICS CORPORATION http://www.spc.co.jp/index.html</td><td></td><td>Mikrowellenkomponente</td></tr><tr><td>Doppelgrat-Wellenleiter</td><td>SPC ELECTRONICS CORPORATION </td><td></td> http://www.spc.co.jp/index.html <td>Mikrowellenkomponente</td></tr><tr><td>Kristallhalterung</td><td>SPC ELECTRONICS CORPORATION http://www.spc.co.jp/index.html</td><td></td><td>Mikrowellenkomponente</td></tr><tr><td>Aceton</td><td>KANTO CHEMICAL CO.,INC.</td> https://www.kanto.co.jp/ <td>GE00001</td><td>Probenreinigung</td></tr><tr><td>Schwefelsäure</td><td>KANTO CHEMICAL CO.,INC.</td> https://www.kanto.co.jp/ <td>GE00257</td><td>Saure wässrige Lösung</td></tr><tr><td>Salzsäure</td><td>KANTO CHEMICAL CO.,INC.</td> https://www.kanto.co.jp/ <td>GE00238</td><td>Saure wässrige Lösung</td></tr><tr><td>Fluorwasserstoff</td><td>KANTO CHEMICAL CO.,INC.</td> https://www.kanto.co.jp/ <td>18083-1B</td><td>Saure wässrige Lösung</td></tr><tr><td>Natriumhydroxid</td><td>KANTO CHEMICAL CO.,INC.</td> https://www.kanto.co.jp/ <td>37184-00</td><td>Alkalische wässrige Lösung</td></tr><tr><td>Natriumsulfat</td><td>KANTO CHEMICAL CO.,INC.</td> https://www.kanto.co.jp/ <td>37280-00</td><td>Neutrale wässrige Lösung</td></tr></tbody></table>

träger lebensdauer messungen in halbleitern durch die mikrowellen-photoconductivity-decay-methode

Carrier Lifetime Measurements in Semiconductors through the Microwave Photoconductivity Decay Method

Dieses Werk stellt ein Protokoll mit der Mikrowelle Photoconductivity Zerfall (μ-PCD) zur Messung der Lebensdauer der Träger in Halbleiter-Materialien, vor allem SiC. Im Prinzip überschüssige Träger in der Halbleiterindustrie über Erregung erzeugt mit der Zeit rekombinieren und anschließend, um den Gleichgewichtszustand zurück. Die Zeitkonstante der diese Rekombination ist bekannt als die Träger Lebensdauer, ein wichtiger Parameter für Halbleiter-Materialien und Geräte, die eine berührungslose und zerstörungsfreie Messung im Idealfall erreicht, indem das μ-PCD erfordert. Während der Bestrahlung einer Probe ist ein Teil der Mikrowelle von der Halbleiter-Probe reflektiert. Mikrowelle Reflexion richtet sich nach der Probe Leitfähigkeit, die zu den Trägern zurückzuführen ist. Daher kann der Zeitwert des überschüssigen Fördermaschinen durch Erkennung von der Intensität des reflektierten Mikrowellen, beobachtet werden, deren Zerfall-Kurve für die Abschätzung der Lebensdauer der Träger analysiert werden kann. Ergebnisse bestätigen die Eignung des μ-PCD-Protokolls bei der Messung der Träger Lebensdauer in Halbleiter-Materialien und Geräte.

Abbildung 1 zeigt eine schematische Darstellung der μ-PCD-Vorrichtung, bestehend aus 10 GHz-Mikrowellen-Frequenz, X waveguide Band und einem rechteckigen Hohlleiter. Die Mikrowelle war durch die doppelte Ridge Waveguide fokussiert und auf die Probe bestrahlt. Die Ausgangsleistung von Gunn Diode war 50 mW und das Phasenrauschen war fast-80 dBc/Hz.
Abbildung 3 zeigt die μ-PCD Verfall Kurve einer 100 μm Dicke n-Typ 4 H-SiC Probe aufgeregt auf dem Si-Gesicht von 266 nm in der Luft; Μ-PCD-Signal (V) logarithmisch skaliert die abhängige Variable und Zeit (μs) war die unabhängige Variable. Die Spannungsspitze Signal war etwa 0.046 V vor der Verstärkung. Darüber hinaus wurde die beobachteten Spannung der Gleichstrom (DC) Komponente des reflektierten Mikrowellen aus dem Oszilloskop-DC-Modus gewonnen Größenordnung von mehreren Volt. Als Rekombination der überschüssige Träger mit der Zeit fortgeschritten ist, verringerte Leitfähigkeit und Mikrowelle Reflexion der Probe.
Abbildung 4 zeigt die normalisierten μ-PCD Verfall Kurve in Abbildung 3. Normalisierung ermöglicht den Vergleich der Zeitkonstanten mit verschiedenen Gipfel Intensitäten. In der Regel erfolgt die Träger Lebensdauer Schätzung basiert auf dem Zerfall Kurve mit dem 1/e Lebensdauer τ1/e Parameter, zeigt dieser Zeit aufgewendet, um Signal Intensität nimmt vom Gipfel auf 1/e (~ 0.368) zu erhalten. Beachten Sie, dass µ-PCD Zerfall keine einzige exponentiell war und τ1/e wurde von Volumen und Oberfläche Rekombination beeinflusst. Vergleicht man die Zeitkonstante der Proben mit unterschiedlicher Dicke oder Oberflächenbeschaffenheit erforderte jedoch einen Verweisparameter. Nutzung von τ1/e war praktisch aufgrund der gute Signal-Rausch-Verhältnis bei den ersten Teil der Kurve Zerfall und die Einfachheit der Datenanalyse. Zur Charakterisierung der µ-PCD-Signal, Halbzeit-Leben, ich40/ichmaxund kD konstante angenommen auch solche Parameter22,23,24. In der Tat τ1/e in der SEMI-Standard verabschiedet wurde: SEMI-MF-1535-8 als Standard für die Träger Lebensdauer Messung der Si. Für den Verfall Kurve in Abbildung 4war τ1/e etwa 0,34 μs.
In Abbildung 5, die Quarz-Zelle, die wässrige Lösung enthält und mit der Probe an der Wand wurde auf dem Stand vor der Blende11gelegt. Jede Intensität der bestrahlten Mikrowelle und reflektierten Mikrowellen aus der Probe sowie das μ-PCD Signal-Rausch-Verhältnis, waren abhängig von der Entfernung zwischen der Probe und die Blende, die im Idealfall so nahe wie möglich sein sollte. In der eigentlichen Messung war die Entfernung erhalten so nah wie möglich; die Quarz-Zelle mit Messung ergab einen Abstand von 0,5 mm, die das gleiche wie die Dicke der Zelle Quarzglas war.
Abbildung 6 zeigt μ-PCD Verfall Kurven von der n-Typ-4 H-SiC in der Luft und in wässrigen Lösungen. Ein Anregungslicht 266 nm zur Si-Fläche des 4H-SiC bestrahlt wurde. Wässrige Lösungen verwendet hatten Konzentrationen, wie erwähnt, früher, wie folgt: 1 M H2SO4, HCl, Na2SO4, oder NaOH oder 1 Gew.-% des HF. Die Zeitkonstante der Verfall Kurven war länger mit der Probe in den sauren wässrigen Lösungen getaucht (d. h. H2SO4, HCl oder HF), was bedeutet, dass saure Lösungen Oberflächen Staaten auf dem Si-Gesicht passiviert und Oberfläche Rekombination von reduzierte die überschüssige Träger.
Abbildung 7 zeigt die pH-Abhängigkeit von τ1/e der n-Typ 4 H-SiC Probe aufgeregt auf dem Si-Gesicht bei 266 nm des Lichts. Der pH-Wert wurde berechnet aus den Molaren Konzentrationen von H2SO4, HCl und NaOH. Diese Zahl angegeben die Träger lebenslange Abhängigkeit von wässrigen Lösungen pH; Daher hätte niedriger pH-Wert mehr Auswirkungen auf die Lebensdauer der Träger.
Oberfläche Rekombination Geschwindigkeit S wurde berechnet, um das τzu reproduzieren1/e für die Proben verwendet. Das Verfall Modell der überschüssige Träger wurde in Refs berichtet. 2 und 3. Um die überschüssige Träger Konzentration Dn(X, t) zu erhalten, wurde die folgende Kontinuitätsgleichung gelöst. Hier wurde Dn(X, t) als Funktion der Zeit t und Tiefe X in einem Halbleiter-Schicht definiert; so,
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq7.jpg">, (6).
wo τB Bulk Lebensdauer aufgrund der Shockley – lesen – Halle (SRH) Rekombination ist Deine ambipolar Diffusionskoeffizienten, B ist die Strahlung Rekombination Koeffizienten und ist C ist die Auger-Rekombination Koeffizienten.
An den aufgeregt und anderen Oberflächen erhielten die Randbedingungen durch die Gleichung 7:
<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq8.jpg">und <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq9.jpg"> (7)
wo S0 und SW bezeichnen die Oberfläche Rekombination Geschwindigkeit der angeregten und andere Flächen, beziehungsweise, und W ist die Schichtdicke.
Darüber hinaus könnte das erste überschüssige Träger Konzentration Profil mit Lichtimpuls Beleuchtung mit Gleichung 8 ausgedrückt werden:
<img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq10.jpg">(8)
wo ist g0 Träger Konzentration bei X = 0 und a ist der Absorptionskoeffizient.
Lösen die Gleichung 6 durch den Einsatz der Randbedingungen der Gleichung 7 und den Ausgangszustand der Gleichung 8 zur Verfügung gestellt die überschüssige Träger Verfall Kurven. Dabei wurde durch den Vergleich der τ S geschätzt1/e von den Experimenten und aus den berechneten Verfall Kurven zu erhalten. Kleinsten Quadrate passend minimiert Fehler zwischen den experimentellen τ1/e unter allen Bedingungen und berechnete τ1/e mit Parameter S0, Sw, und τB.
Wie in Gleichung 6 Träger Rekombination ist die Summierung der verschiedenen Verfall Komponenten, nämlich Oberfläche, SRH, Strahlungsleistung, und Auger Rekombinationen, die letzten beiden mit bemerkenswert hoher Träger Dichte. Auf der anderen Seite hängt SRH-Rekombination Punktdefekte und Verwerfungen in der Masse des Halbleitermaterials, die Energieniveaus in der Bandlücke Halbleiter zu bilden. Die Energieniveaus fungieren als Sprungbrett für Träger Übergang zwischen Valence und Wärmeleitung Bands.
m-PCD Nichtlinearität bei hohen Injektion Zustand zeigt auch Träger Lebensdauer13,25,26überschätzt. Abbildung 8 zeigt die gemessenen m-PCD unter einem Zustand hoher Erregung. Beachten Sie, dass die Verfall-Kurve für eine eingespritzte Photonendichte von 10-15 cm−2 allmählicher wurde im Vergleich dazu für Photonendichte von 1014 cm−2, wegen Mikrowelle Nichtlinearität. Darüber hinaus wurden die in Abbildung 3, Abbildung 4 und Abbildung 6 gezeigten Messbeispielen für eine eingespritzte Photonendichte von 8 x 1013 cm−2 Folge vernachlässigbar Mikrowelle Nichtlinearität und Auger und Strahlungs erhalten Rekombinationen aber dominant SRH und Oberfläche Rekombinationen.
Abbildung 6 können ergriffen werden, um Verfall Kurve Berechnungen für die n-Typ 4 H-SiC Si-Gesicht von 266 nm Licht begeistert beispielhaft anhand der gestrichelten Linien, wo τB = 3 µs und S für das Si-Gesicht SSi = 200 cm/s oder 700 cm/s. . Für beide S-Si -Einstellungen die experimentellen Verfall Kurve gemessen in neutralen pH-Wert (Luft, 1 M Na2SO4) und in den sauren Zustand (1 M H2SO4) bzw. wurden gut reproduziert, was, dass S bedeutete Si für die n-Typ 4 H-SiC erheblich verringerte sich von 700 cm/s auf 200 cm/s in sauren wässrigen Lösungen wie Wasserstoff die Oberfläche Staaten auf dem Si-Gesicht passiviert.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59007/59007fig1.jpg"> Abbildung 1: Schematische Darstellung des Gerätes μ-PCD. Ein Teil des Laserlichts ist durch den Hälfte-Reflexion Spiegel reflektiert. Die reflektierte Laser von der Photodiode erkannt wird, und ein Signal aus der Photodiode dient als Auslöser für das Oszilloskop. Eine Mikrowelle ist von der Gunn-Diode in die Richtung von Thermostaten gebogen erzeugt; dann eine Mikrowelle geht durch die Blende und die Probe bestrahlt. Die reflektierten Mikrowellen aus der Probe kommt zurück auf die Blende und in Thermostaten, wo es durch die Schottky Barrier Diode erkannt. Schließlich wird das Signal von der Schottky Barrier Diode von dem Oszilloskop beobachtet. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59007/59007fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59007/59007fig2.jpg"> Abbildung 2: die Μ-PCD-Signal für eine fehlgeschlagene tuning von E-H Tuner. Keine messbare Spitze wird für eine fehlgeschlagene tuning beobachtet. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59007/59007fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59007/59007fig3.jpg"> Abbildung 3: die μ-PCD Verfall Kurve n-Typ 4H-SiC Prüfmuster mit Erregung auf dem Si-Gesicht von 266 nm in Luft. Gepulste Laser bestrahlt zur Zeit = 0 s, an dem die Signalintensität maximal ist. Diese Zahl wurde von Ichikawa Et Al.11 mit Berechtigungen geändert. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59007/59007fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59007/59007fig4.jpg"> Abbildung 4: normalisierte μ-PCD Verfall Kurve n-Typ 4H-SiC Prüfmuster mit Erregung auf dem Si-Gesicht von 266 nm in Luft. Der maximale Wert der Verfall Kurve in Abbildung 2 wird zur Einheit normalisiert. Der Wert der gestrichelten Linie 1/e, und τ1/e ist etwa 0,34 μs wie dargestellt. Diese Zahl wurde von Ichikawa Et Al.11 mit Berechtigungen geändert. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59007/59007fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59007/59007fig5.jpg"> Abbildung 5: Bild der μ-PCD-Messung in einer wässrigen Lösung in einer Quarz-Zelle. Die Quarz-Zelle befindet sich auf dem Stand vor der Blende auf μ-PCD Verfall Kurve Messung in einer wässrigen Lösung zu ermöglichen. Die Zellengröße ist 5 x 20 x 40 mm (Länge x Breite x Höhe). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59007/59007fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59007/59007fig6.jpg"> Abbildung 6: normalisiert und berechnet μ-PCD Verfall Kurven für die n-Typ 4H-SiC Probe mit Erregung auf dem Si-Gesicht von 266 nm, in der Luft und wässrigen Lösungen. Durchgezogene Linien repräsentieren die μ-PCD Versuchsergebnis Kurven für die wässrigen Lösungen von H2O, H2SO4, HCL, Na2SO4, NaOH oder HF. Die gestrichelten Linien sind die berechneten Kurven mit der Bulk Carrier Lebensdauer in Epilayers, τB = 3 µs und die Oberfläche Rekombination Geschwindigkeit für das Si-Gesicht, SSi = 200 cm/s oder 700 cm/s. Diese Zahl wurde von Ichikawa Et Al.11 mit Berechtigungen geändert. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59007/59007fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59007/59007fig7.jpg"> Abbildung 7: Die pH-Abhängigkeit von τ1/e für n-Typ 4 H-SiC Probe mit Anregung auf dem Si-Gesicht von 266 nm. Träger-Lebensdauer steigt der pH-Wert der wässrigen Lösung nimmt. Dieses Ergebnis zeigt an, dass die niedrigere pH-Wert mehr Auswirkungen auf die Lebensdauer der Träger haben wird. Diese Zahl wurde von Ichikawa Et Al.11 mit Berechtigungen geändert. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59007/59007fig7large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59007/59007fig8.jpg"> Abbildung 8: Die μ-PCD Verfall Kurve n-Typ 4H-SiC mit Anregung des injizierten Photonendichte 1014 oder 1015 cm−2 auf dem Si-Gesicht von 266 nm. Messung mit hoher Erregung bei Photonendichte 1015 cm−2 macht eine allmählichere Verfall-Kurve als die mit niedrigeren Photonendichte aufgrund der Nichtlinearität des Mikrowelle Reflektivität. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59007/59007fig8large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>

Als eines der wichtigen physikalischen Parameter in Halbleitern ist Träger Lebensdauer hierin über ein Protokoll mit der Mikrowelle Photoconductivity Zerfall Methode gemessen.

Träger Lebensdauer Messungen in Halbleitern durch die Mikrowellen-Photoconductivity-Decay-Methode

This work presents a protocol employing the microwave photoconductivity decay (&#956;-PCD) for measurement of the carrier lifetime in semiconductor ...

Die Tragelebensdauer ist ein wichtiger Parameter für die Halbleiterwellenanalyse und Materialien. Wir brauchen eine gemeinsame Methode zur Verirrung der Lebensdauer des Trägers. Hier führen wir Mikrowellen-Photoleitfähigkeitszerfall, sogenannte Mikro-PCD, ein.Micro-PCD ist in der Regel veraltet Mikro-PCD ist in der Regel veraltet, weil es lange Verhalten und lange disruptive Methode ist. Ein weiterer Vorteil dieser Methode ist die Unempfindlichkeit gegenüber der Verirrung von Materialien von strukturen. Demonstriert wird das Verfahren von Takato Asada, einem Studenten aus meinem Labor.Bereiten Sie zu Beginn dieses Verfahrens einen n-Typ 4H Siliziumkarbid-Epilayer vor. Mit einer Ultraschallwäscher, waschen Sie die Probe mit Aceton für fünf Minuten, folgen Sie durch Wasser für fünf Minuten. Anschließend verwenden Sie eine Stickstoffpistole, um Feuchtigkeit auf der Probenoberfläche zu entfernen.Als nächstes bereiten Sie einen Mol aus Schwefelsäure, Chlorwasserstoff, Natriumsulfat, Natriumhydroxid oder einem Gewichtsprozent der Flusssäure vor. Bereiten Sie eine wässrige Lösung vor, die gemessen werden soll. Dann gießen Sie die wässrige Lösung in eine Quarzzelle.Übertragen Sie die vorbereitete Probe in die Zelle und tauchen Sie sie in die wässrige Lösung ein. Um die Messgeräte vorzubereiten, schalten Sie die Stromversorgung des 266 Nanometer gepulsten Lasers ein, um die Lichtquelle zu anzuregen. Stellen Sie dann den Lasermodus auf Standby ein.Schließen Sie den gepulsten Laser und einen Oszillator mit einem BNC-Kabel an. Schalten Sie den Oszillator ein und geben Sie eine 100-Hertz-Pulswelle an den gepulsten Laser ein. Anschließend verbinden Sie eine Photodiode mit dem BNC-Kabel an das Oszilloskop, um die Erfassung auszulösen.Schalten Sie dann die Fotodiode ein. Als nächstes die Schutzbrille aufsetzen. Bestrahlen Sie den Pulslaser und platzieren Sie die Blende der Mikrowellenwellenführung auf dem optischen Pfad des Laserlichts in richtungsimpunktischer Richtung zum Licht.Installieren Sie einen Halbspiegel auf dem optischen Pfad des gepulsten Lasers und reflektieren Sie den Pulslaser zur Photodiode. Schalten Sie anschließend das Oszilloskop ein und setzen Sie den Auslöseschwellenwert auf eine Spannung, die ausreicht, um Das Signal von der Photodiode zu erkennen. Überprüfen Sie dann die Auslösefrequenz mit einem Oszilloskop und stimmen Sie sie bei Bedarf ab.Stellen Sie anschließend den Lasermodus auf Standby ein. Schließen Sie eine schottky Barrierediode in eine Mikrowellenwellenführung zur reflektierten Mikrowellenerkennung und einen Signaleingangskanal des Oszilloskops mit einem BNC-Kabel an. Als nächstes wenden Sie eine 9,5 Volt Betriebsspannung auf eine Kanonendiode an.Legen Sie die Quarzzelle auf den Ständer vor der Blende so nah wie möglich und fixieren Sie sie mit Klebeband. Um die Lebensdauer des Trägers zu messen, schalten Sie die Laserlichtschwingung ein und strahlen das Licht auf die Probe aus. Legen Sie eine Halbwellenplatte, einen Polarisator und einen Leistungsmesser auf den optischen Pfad.Strahlen Sie den Pulslaser auf den Leistungsmesser. Überprüfen Sie die Anregungsintensität des Lasers. Passen Sie dann den Halbwellenwinkel für die Steuerung der Anregungsintensität an.Entfernen Sie anschließend den Leistungsmesser aus dem optischen Pfad. Stellen Sie die Zeit- und Spannungsskalen des Oszilloskops so ein, dass das Spitzensignal auf dem Oszilloskop angezeigt wird. Anschließend stellen Sie die Amplitude und Phase der Mikrowelle durch einen E-H-Tuner ein.Überprüfen Sie das Oszilloskop und suchen Sie nach dem E-H-Tuner, bei dem das Spitzensignal maximal ist. Die fehlgeschlagene Einstellung des E-H-Tuners führt zu einem Signalverlust. Dieser Schritt sollte sehr sorgfältig ausgeführt werden.Nun liefern kompromittierte Overtunings Tuner-Datensätze und falsche Messungen. Tuningfehler können in den Datenprozessen nicht bestätigt werden. Passen Sie die Zeitskala des Oszilloskops an und skizzieren Sie eine Zerfallskurve im Messbereich auf dem Oszilloskop.Durchschnittlich das Signal für eine beliebige Anzahl von Malen, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern. Speichern Sie dann die Messdaten als elektronische Datei auf einem Speicherlaufwerk. Um die Daten zu verarbeiten, importieren Sie die Signaldaten auf einen PC und zeichnen Sie die Zerfallskurven, die aus dem Experiment als Funktion der Zeit erhalten wurden.Berechnen Sie den durchschnittlichen Wert des Hintergrundrauschenpegels, subtrahieren Sie ihn vom Zerfallssignal, und zeichnen Sie ihn als Funktion der Zeit. Suchen Sie den Spitzenwert des Zerfallssignals, und dividieren Sie dann das Zerfallssignal durch den Spitzenwert. Dieses Diagramm zeigt Mikro-PCD-Zerfallskurven des n-Typ 4H Siliziumkarbids in der Luft und in wässrigen Lösungen.Ein Anregungslicht von 266 Nanometern wurde in wässrigen Lösungen in die Siliziumphase des 4H-Siliziumkarbids bestrahlt. Die Zeitkonstante der Zerfallskurven war länger, wenn die Probe in die sauren wässrigen Lösungen eingetaucht wurde, was impliziert, dass saure Lösungen Oberflächenzustände in der Siliziumphase passivierten und die Oberflächenrekombination der überschüssigen Träger reduzierten. Bitte beachten Sie, dass diese aktuellen Eigenschaften schalldicht sind.Bei einer Messung der hohen Leitfähigkeit schalldicht, werden die Signalstärken klein sein. In solchen Fällen wird die Verzweigung des Signals wieder abgebaut. Hochtemperaturmessungen können durch Blasen von Heißgeschirr durchgeführt werden, während die Probe auf die Kochplatte gedrückt wird.Durch die Hochtemperaturmessung spekulieren wir Eigenschaften unterschiedlicher 15 Trägerlebensdauern. Diese Methode ist in der konventionellen Halbleiterindustrie proprietär. Mit dieser Methode können wir 40 Ohm gleiche leitfähige Materialien und ihre Oberflächeneigenschaften komplementär charakterisieren.Die gepulsten Strahlen sind gefährlich. Achten Sie darauf, Sicherheitsbrillen zu verwenden und tragen Sie keine Uhren, um Lichtreflexion zu verhindern.

carrier-lifetime-measurements-semiconductors-through-microwave

Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Die Technik der Femtosekunden-Vierwellenmischung wird beschrieben, einschließlich spektral aufgelöster und zeitaufgelöster Konfigurationen.  Wir veranschaulichen den Nutzen dieser Technik für die Untersuchung entscheidender physikalischer Eigenschaften in den III-V verdünnten magnetischen Halbleitern, die durch ihre Nichtlinearität und hohe zeitliche Auflösung ermöglicht werden.

Messung des Kohärenzzerfalls in GaMnAs mittels Femtosekunden-Vierwellenmischung

Ungeordneten Strukturen bieten neue Mechanismen für die Bildung photonischen Bandlücken und eine beispiellose Freiheit in der funktionellen-Fehler-Designs. Um die Rechen Herausforderungen ungeordneter Systeme zu umgehen, konstruieren wir modulare makroskopische Proben von der neuen Klasse von Materialien und verwenden Sie PBG Mikrowellen, ihre skaleninvarianten photonischen Eigenschaften zu charakterisieren, in eine einfache und kostengünstige Art und Weise.

Mit Mikrowelle und makroskopischen Proben der Dielektrische Festkörper, um die photonischen Eigenschaften ungeordneter photonische Bandlückenmaterialien Studieren

Zinnsulfid (SnS) ist ein Kandidatenmaterial für erdreichliche, ungiftige Solarzellen. Hier demonstrieren wir das Herstellungsverfahren der SnS-Solarzellen unter Verwendung der Atomlagenabscheidung, die einen zertifizierten Wirkungsgrad von 4,36 % ergibt, und der thermischen Verdampfung, die 3,88 % ergibt.

Erstellen Rekordeffizienz SnS Solarzellen durch thermische Verdampfung und Atomic Layer Deposition

A RT flüssige Oberflächenpassivierung Technik, um die Rekombination Aktivität von Bulk-Silizium-Defekte zu untersuchen beschrieben. Für die Technik erfolgreich ist, drei kritische Schritte erforderlich sind: (i) chemische Reinigen und Ätzen von Silizium, (ii) Eintauchen des Silizium in 15% Fluorwasserstoffsäure und (iii) Beleuchtungs für 1 min.

Leicht verbesserte Flusssäure Passivierung: eine empfindliche Technik zum Nachweis von Bulk-Silizium-Defekte

Superconducting Mikrowellenresonatoren sind von Interesse für die Erfassung von Licht, Quanten-Computing-Anwendungen und Materialcharakterisierung. Diese Arbeit stellt ein detailliertes Verfahren zur Herstellung und Charakterisierung von supraleitenden Mikrowellenresonator Streuparameter.

Herstellung und Charakterisierung von Superconducting Resonators

Die optischen, elektrischen und strukturellen Eigenschaften von Versetzungen und von Korngrenzen in Halbleitermaterialien können durch Experimente bestimmt werden, die in einem Rasterelektronenmikroskop durchgeführt werden. Die Elektronenmikroskopie wurde verwendet, um die Kathodolumineszenz, den elektronenstrahlinduzierten Strom und die Beugung von rückgestreuten Elektronen zu untersuchen.

Umfassende Charakterisierung von ausgedehnten Defekten in Halbleitermaterialien durch ein Rasterelektronenmikroskop

Hier stellen wir eine zuverlässige Methode vor, um den Einbau von Nanopartikeln in eine Polymer-Wirtsmatrix durch Quellverkapselung zu überwachen. Wir zeigen, dass die Oberflächenkonzentration von Cadmiumselenid-Quantenpunkten durch Querschnitts-Fluoreszenzbildgebung genau sichtbar gemacht werden kann.

Erweiterte Analyse der Zusammensetzung von Nanopartikel-Polymer Composites mittels direkter Fluoreszenz-Imaging

Eine zeitaufgelöste Mikrowellenleitfähigkeitstechnik zur Untersuchung der direkten und Fallen-vermittelten Rekombinationsdynamik und zur Bestimmung der Ladungsträgermobilitäten von Dünnschichthalbleitern wird hier vorgestellt.

Rekombinationsdynamik in Dünnschicht-Photovoltaik-Materialien über zeitaufgelöste Mikrowellenleitfähigkeit

Hier beschreiben wir einen Arbeitsablauf mit Hilfe der Laserscanning-Mikroskopie, um das Volumen zu bestimmen, das durch eine zu testende Metallleitung elektromigriert wird. Durch die Variation verschiedener experimenteller Variablen kann eine Vielzahl von Informationen über die Elektromigration gewonnen werden. In dieser Arbeit wird die Dauer des Beginns der Elektromigration bestimmt.

Verwendung der Laserscanning-Mikroskopie zur Bestimmung der Elektromigration in Molybdändisilizid

Die angepasste Techniken in unserem Labor entwickelt, um Mikrowelle Photonik Systeme basierend auf Ultra-High Q Whispering Gallery Mode-Resonatoren bauen werden vorgestellt. Die Protokolle zu erhalten und zu charakterisieren diese Resonatoren sind detailliert, und eine Erklärung von einigen ihrer Anwendungen in Photonik Mikrowelle gegeben ist.

Mikrowelle Photonics Systems on Whispering-Gallery-Mode-Resonatoren Grundlage

Lernen Sie die Mikrowellen-Photoconductivity-Decay-Methode zur Trägerlebensdauermessung in Halbleitern wie Siliziumkarbid. Dieses Protokoll ermöglicht präzise Materialcharakterisierung unter verschiedenen Bedingungen.

Träger Lebensdauer Messungen in Halbleitern durch die Mikrowellen-Photoconductivity-Decay-Methode

Weitere Videos entdecken