Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

Carrier levetid målinger i halvledere gennem metoden mikroovn Photoconductivity henfald

doi: 10.3791/59007 Published: April 18, 2019

Summary

Som en af de vigtige fysiske parametre i halvledere måles carrier levetid heri via en protokol, der anvender metoden mikroovn photoconductivity henfald.

Abstract

Dette arbejde præsenterer en protokol beskæftiger mikroovn photoconductivity henfald (μ-PCD) til måling af carrier levetid i halvledermaterialer, især SiC. I princippet, overskydende luftfartsselskaber i halvleder genereret via excitation kombinere med tid, og derefter vende tilbage til tilstanden ligevægt. Konstanten tid af denne rekombination er kendt som carrier levetid, en vigtig parameter i halvledermaterialer og udstyr, der kræver en noncontact og ikke-destruktiv måling ideelt opnåede af μ-PCD. Under bestråling af en prøve afspejles en del af mikrobølgeovnen af halvleder prøven. Mikrobølgeovn Reflektionsgraden afhænger prøve ledningsevne, som er tilskrevet luftfartsselskaberne. Derfor kan tid henfald af overskydende luftfartsselskaber observeres gennem påvisning af afspejles mikrobølgeovn intensitet, hvis tænderne kurve kan analyseres for vurdering af luftfartsselskabet levetid. Resultaterne bekræfter egnetheden af μ-PCD-protokollen i at måle luftfartsselskab levetiden i halvledermaterialer og udstyr.

Introduction

Overskydende luftfartsselskaber i halvledere er optisk glade ved injektion af fotoner med energi større end forskellen mellem varmeledning og valence bandene. Ophidset overskydende luftfartsselskaber, derefter forsvinde ved en elektron-hul rekombination inden for en tid konstant kendt som carrier levetid, som i høj grad påvirker udførelsen af halvlederkomponenter under drift. Som en af de vigtige parametre for halvlederudstyr og materialer, carrier levetid er meget følsomme over for tilstedeværelsen af defekter i disse materialer, og yderligere kræver en praktisk metode til evaluering. J. Warman og M. Kunst udviklet en forbigående teknik de opkaldt tiden løst mikrobølgeovn ledningsevne (TRMC), der omfatter mikrobølgeovn absorption at følge afgift carrier dynamics i halvledere1. Andre forskere har foreslået den forbigående foto ledningsevne (TPC), ellers kendt som mikroovn photoconductivity henfald (μ-PCD), der er almindeligt vedtaget materielle kvalifikation teknik i halvleder industrier på grund af dens noncontact og ikke-destruktiv målinger af carrier levetid. Især for siliciumcarbid (SiC), tre vigtigste teknikker er gældende: µ-PCD, tiden løst fotoluminescens (TR-PL), og tiden løst frit fragtfører absorption (TR-FCA)2,3,4,5 ,6,7. Blandt disse teknikker er µ-PCD den mest udbredte ansat, fordi i forhold til to andre, som det udviser overfladeruhed ufølsomhed (dvs. målbare for ethvert givet forskellige overflade ruhed8,9,10 ) og højt signal følsomhed for glade luftfartsselskaber (dvs., bruger en optimal mikrobølgeovn komponent). I almindelighed, har µ-PCD været foretrukne luftfartsselskab levetid måling i SiC og andre halvleder materialer2,5,6,11,12,13 ,14,15,16,17,18,19.

Måling protokol og princippet om μ-PCD1,20,21 er detaljeret her. I princippet bruger det en afspejles mikrobølgeovn som en sonde. Her, svarer mikrobølgeovn reflektionsgrad af en stikprøve Rasmussen(σ) til forholdet mellem afspejles mikrobølgeovn intensitet Pedersen(σ) og hændelsen mikrobølgeovn intensitet Pederseni som udtrykt ved ligningen 1:

Equation 1(1)

Ved bestråling af en pulse laser, ledningsevne af en stikprøve σ ændres til σ + Δσ; ligeledes, R (σ) forvandler til R(σ + Δσ). Derfor Δf er givet ved ligning 2:

Equation 2(2)

I en undertrykkelse af netbårne (lille Δσ) tilnærmelse, er R(σ + Δσ) udviklet i Taylor serie til udbytte

Equation 3(3)

mens Δσ bliver

Equation 4, (4).

hvor q er den elementære afgift, μp er hul mobilitet, μn er electron mobilitet og Δp er den overskydende carrier koncentration. Fra de foregående ligninger,Equation 5ΔRasmussen og Δp er forbundet med

Equation 6. (5)

Afhængighed af mikrobølgeovn Reflektionsgraden på overskydende carrier koncentration giver μ-PCD at observere tid henfaldet af overskydende luftfartsselskaber, som vi kan bruge til at vurdere carrier levetid af halvledermaterialer.

Protocol

1. forberedelse af prøven

  1. Forberede en n-type 4H-SiC epilayer (Tabel af materialer).
  2. Vaske stikprøven med acetone og derefter med vand, hver i 5 min, ved hjælp af en
  3. Ultrasonic vaskemaskine.
  4. Bruge en nitrogen pistol til at fjerne fugt på prøveoverfladen.

2. forberedelse af vandige opløsninger

  1. Forberede 1 M hver af H24, HCl, Na2SO4, NaOH eller HF på 1 wt % koncentration. Vælg og forberede en vandig opløsning måles.
  2. Forberede en kvarts celle med 5 mm (længde) x 20 mm (bredde) x 40 mm (højde) dimensioner og så hæld den vandige opløsning til det. Sætte den forbehandlede prøve ind i cellen og derefter nedsænke det i den vandige opløsning.
    Bemærk: mindst 4 mL af den vandige opløsning i cellen kvarts er nødvendig for at prøve at være nedsænket helt. Når du ændrer opløsningen, rengøring behandle prøve med ultralyd ved hjælp af acetone og rent vand.

3. forberedelse af måleapparaturet

  1. Tænd strømforsyningen af 266-nm pulserende laser til at ophidse lyskilden. Bagefter, indstille tilstanden laser på standby.
  2. Tilslut den pulserende laser og en oscillator gennem en bajonet Neill-Concelman (BNC) kabel. Tænd oscillatoren og input en 100 Hz puls bølge til den pulserende laser.
  3. Tilslut en fotodiode for trigger erhvervelse gennem en trigger indgangskanal af oscilloskop med et BNC-kablet.
  4. Tænd strømforsyningen af en fotodiode.
  5. Bestråle den pulserende laser og placere blænde af mikrobølgeovn bølgeleder på den optiske bane af laserlys i retning vinkelret på lyset.
    Forsigtig: I forbindelse med sidstnævnte, bør eksperimentatoren bære sikkerhedsbriller under laser bestråling.
  6. Installere en halv-spejl på den optiske transmissionslængde af pulserende laser, som vist i figur 1, og afspejler den pulserende laser til en fotodiode.
  7. Drej på oscilloskopet og derefter indstille dens udløse tærsklen til en spænding, der er tilstrækkeligt til at signal fra en fotodiode.
    Bemærk: Værdien for tærskel kan indstilles mindre end toppen af trigger signal. Når en utilsigtet reflekterede lys ind en fotodiode, viser oscilloskopet en frekvens, der adskiller sig væsentligt fra den pulserende laser frekvens. I dette tilfælde, skal du gentage trin 3.6.
  8. Tjek udløser frekvens med et oscilloskop og tune oscillatoren præcis.
  9. Sætte laser tilstand på standby.
  10. Tilslut en Schottky barriere diode i en mikrobølgeovn bølgeleder for afspejles mikrobølgeovn påvisning og signal input kommunikationskanal oscilloskop, gennem et BNC-kablet.
  11. Anvende en 9,5 V driftsspænding til en Gunn diode.
  12. Placere cellen kvarts (trin 2.2) på stå foran blænde så tæt som muligt. Lave med tape.

4. måling og lagring af data

  1. Tænd den laser lys svingning og bestråle lys til prøven.
  2. Placer en halv-waveplate (λ/2), en polarisator og en energimåler på den optiske transmissionslængde (figur 1).
  3. Bestråle den pulserende laser til wattmeteret, som vist i figur 1. Kontrollere excitation intensiteten af laser.
  4. Justere ryglænets λ/2 for kontrol af excitation intensitet.
    Bemærk: λ/2 ændrer retningen polarisering af laserlys, mens polarisator sender kun én lys polarisering retning, gennem hvilke excitation intensiteten styres. Injiceres photon tætheder er sat til 8 x 1013 cm−2 og til 266-nm laser, excitation carrier tæthed i 4 H-SiC er 4,5 x 1017 cm−3.
  5. Fjerne wattmeteret fra den optiske transmissionslængde.
  6. Justere den tid/div og V/div af oscilloskopet, så peak signal vises på oscilloskopet.
  7. Justere amplitude og fase af mikrobølgeovn gennem en E-H tuner. Kontrollere oscilloskopet og søge efter E-H tuner hvor peak signal er maximalt. Mislykkedes justering af E-H tuner resulterer i tab af signal, som afbilledet i figur 2.
    Bemærk: En forstærker bruges til at styrke tænderne signal i tilstrækkeligt store signal i forhold til baggrundsstøj, eller når det ikke bemærkes, selv efter justering E-T-tuner. Forstærkeren er placeret mellem Schottky barriere diode og signal input kanal af oscilloskop med et BNC-kablet, som illustreret i figur 1.
  8. Gentag trin 4.6 og 4.7 at fuldføre tuning.
  9. Justere tid/div af oscilloskopet og skitsere et henfald kurve i området måling på oscilloskopet.
  10. Gennemsnit signal til et vilkårligt antal gange at forbedre signal-støj-forhold.
  11. Gemme måledata som en elektronisk fil til en hukommelse og derefter fjerne det fra oscilloskopet.

5. databehandling

  1. Importdata signal til en personlig computer.
  2. Plot henfald kurver fremstillet af eksperimentet som funktion af tiden.
  3. Beregner den gennemsnitlige værdi af baggrund støjniveauet, trække det fra henfald signal, og afbilde det som funktion af tiden.
  4. Find spidsværdien af henfald signalet er fremstillet i trin 5.3 og derefter dividere henfald signal med spidsværdien.

Representative Results

Figur 1 viser et skematisk diagram over μ-PCD apparatet består af en 10 GHz mikrobølgeovn frekvens, X waveguide band og en rektangulær bølgeleder. Mikroovnen var fokuseret af dobbelt ridge bølgeleder og bestrålet på prøve. Gunn diode udgangseffekt var 50 mW og fase støj var næsten-80 dBc/Hz.

Figur 3 viser μ-PCD henfald kurven af en 100 μm tykt n-type 4 H-SiC prøve spændt på Si-ansigt af 266 nm i luften; Μ-PCD signal (V) skaleret logaritmisk var den afhængige variabel og tid (μs) var den uafhængige variabel. Signal spænding højdepunkt var ca 0.046 V forud for forstærkning. Den observerede spænding af komponenten jævnstrøm (DC), afspejles mikrobølgeovn fra oscilloskop DC-tilstand var i øvrigt af flere volt. Rekombination af overskydende luftfartsselskaber udviklet sig med tiden, den prøve ledningsevne og mikroovn Reflektionsgraden faldt.

Figur 4 viser den normaliserede μ-PCD henfald kurve i figur 3. Normalisering muliggør sammenligning af tid konstanter med forskellige maksimale støtteintensiteter. Typisk udføres carrier levetid skøn baseret på tænderne kurve med 1/e levetid τ1/e parameter, der angiver den tid, der er brugt for at få signal intensitet falder fra toppen til 1/e (~ 0.368). Bemærk at µ-PCD henfald ikke var en enkelt eksponentiel og τ1/e var påvirket af både bulk og overflade rekombination. Dog nødvendiggjorde sammenligne tid konstanten prøver at have forskellig tykkelse eller overfladetilstand en reference-parameter. Brug af τ1/e var praktisk givet det god signal-støj-forholdet på den indledende del af henfald kurve og enkelheden i data analysen. At karakterisere µ-PCD signal, halv tid liv, I40/jegmax, og kD konstant også vedtaget sådanne parametre22,23,24. Faktisk τ1/e blev vedtaget i SEMI-standarden: SEMI MF 15358 som standard for carrier levetid måling af Si. For at tænderne kurve i figur 4var τ1/e ca 0,34 μs.

I figur 5, kvarts celle, der indeholder den vandige opløsning og med prøve på sin væg, blev placeret på stå foran blænde11. Hver intensiteten af bestrålede mikrobølgeovnen og den reflekterede mikroovn fra prøven samt μ-PCD signal / støj-forhold, var afhængig af afstanden mellem prøven og blænde, som ideelt set bør være så tæt som muligt. I selve målingen var afstanden opnåede så tæt som muligt; måling ved hjælp af cellen kvarts givet en afstand af 0,5 mm, som var af den samme som tykkelsen af celle kvartsglas.

Figur 6 viser μ-PCD henfald kurver af n-type 4 H-SiC i luften og i vandige opløsninger. En lys excitation af 266 nm var bestrålet til Si-ansigt af 4H-SiC. Vandige opløsninger anvendes havde koncentrationer, som nævnt tidligere, som følger: 1 M H2SO4, HCl, Na2SO4, eller NaOH eller 1 wt % af HF. Konstanten tid henfald kurver var længere med prøven nedsænket i de sure vandige opløsninger (dvs. H2SO4, HCl eller HF), indebærer, at sure opløsninger passivated overflade stater på Si-ansigt og reduceret overflade rekombination af de overskydende luftfartsselskaber.

Figur 7 viser pH afhængighed af τ1/e af n-type 4 H-SiC prøven spændt på Si-ansigt på 266 nm lys. PH blev beregnet ud fra de molære koncentrationer af H24, HCl og NaOH. Dette tal er angivet luftfartsselskab levetid afhængigheden pH vandige opløsninger; Derfor ville lavere pH have flere effekter på carrier levetid.

Overflade rekombination hastighed S var beregnet til at reproducere τ1/e prøverne. Modellens henfald af overskydende luftfartsselskaber er blevet rapporteret i refs. 2 og 3. For at få den overskydende carrier koncentration Dn(x, t), blev følgende kontinuitet ligning løst. Her, blev Dn(x, t) defineret som en funktion af tiden t og dybde x i en halvleder lag; således,

Equation 7, (6).

hvor τB er bulk levetid af Shockley – Læs-Hall (SRH) rekombination, Det er ambipolar diffusion koefficient, B er stråling rekombination koefficient og C er snegl rekombination koefficient.

På de glade og andre overflader, blev randbetingelser givet ved ligning 7:

Equation 8og Equation 9 (7)

hvor S0 og SW betegne overflade rekombination hastigheden af den glade og andre overflader, henholdsvis, og W er lagtykkelse.

Desuden, den indledende overskydende carrier koncentration profil ved lys puls belysning kunne udtrykkes ved hjælp af ligningen 8:

Equation 10(8)

hvor g0 er carrier koncentration ved x = 0 og en er værdi af absorptionskoefficienten.

Løse ligningen 6 ved at ansætte randbetingelser ligning 7 og ligning 8 leveres overskydende carrier henfald kurver oprindelige tilstand. I processen, S blev anslået ved at sammenligne τ1/e opnået ved eksperimenterne og fra den beregnede henfald kurver. Mindste kvadraters montering minimeret fejl mellem den eksperimentelle τ1/e i alle betingelserne og de beregnede τ1/e med parametre S0, Sw, og τB.

Afbilledet i ligning 6 carrier rekombination er summen af forskellige henfald komponenter, nemlig overflade, SRH, radiative, og sneglen recombinations, de sidste to har bemærkelsesværdig høj carrier tæthed. På den anden side afhænger SRH rekombination af punkt defekter og forskydninger i hovedparten af halvledermateriale, der danner energiniveauer i halvleder band gap. Energi-niveauer fungerer som springbræt for carrier overgangen mellem varmeledning og valence bandene.

m-PCD også viser nonlinearity på en høj injektion tilstand, og overvurderer carrier levetid13,25,26. Figur 8 viser den målte m-PCD under en høj excitation tilstand. Bemærk at henfald kurven for en injiceret photon tæthed af 1015 cm−2 blev mere gradvis sammenlignes for photon tæthed af 1014 cm−2, på grund af mikrobølgeovn nonlinearity. Derudover blev måling eksempler vist i figur 3, figur 4, og figur 6 fremstillet for en injiceret photon tæthed af 8 x 1013 cm−2 resulterende i ubetydelige mikrobølgeovn nonlinearity og snegl og radiative recombinations men dominerende SRH og overflade recombinations.

Figur 6 kan træffes for at eksemplificere henfald kurve beregninger til n-type 4 H-SiC Si-ansigt ophidset af 266 nm lys, ved at henvise til de stiplede linjer, hvor τB = 3 μs og S for Si-ansigt SSi = 200 cm/s eller 700 cm/s . For både SSi indstillinger, eksperimentelle henfald kurven målt i neutral pH (luft, 1 M Na24) og i den sure betingelse (1 M H2SO4) henholdsvis var godt gengivet, hvilket betød at S Si til n-type 4 H-SiC significantly reduceret fra 700 cm/s til 200 cm/s i sure vandige opløsninger som brint passivated overflade staterne på Si-ansigt.

Figure 1
Figur 1: skematisk diagram over enhedens μ-PCD. En del af laserlys er afspejlet i halv-refleksion spejlet. Den reflekterede laser er opdaget af en fotodiode, og et signal, der kommer fra fotodiode bruges som en udløser til oscilloskopet. En mikrobølgeovn er genereret fra Gunn diode i retningen bøjet af cirkulationspumpe; derefter, en mikrobølgeovn går gennem blænde og irradiates prøven. Det afspejles mikrobølgeovn fra prøven kommer tilbage til blænde og ind i kredsløb, hvor den er opdaget af Schottky barriere diode. Endelig, det signal, der kommer fra Schottky barriere diode er observeret af oscilloskopet. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: den Μ-PCD signal for en mislykket tuning af E-H tuner. Ingen målbar peak er observeret for en mislykket tuning. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: μ-PCD henfald kurven for n-type 4H-SiC prøven med excitation i Si-ansigtet af 266 nm i luften. Den pulserende laser er bestrålet på tid = 0 s som signal intensitet er på maksimalt. Dette tal er blevet ændret fra Ichikawa et al.11 med tilladelser. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: normaliseret μ-PCD henfald kurven for n-type 4H-SiC prøven med excitation i Si-ansigtet af 266 nm i luften. Den maksimale værdi af henfald kurve i figur 2 er normaliseret til enhed. Værdien af den stiplede linje er 1/e, og τ1/e er ca 0,34 μs som afbildet. Dette tal er blevet ændret fra Ichikawa et al.11 med tilladelser. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5: billedet af μ-PCD måling i en vandig opløsning i en celle, kvarts. Quartz celle er placeret på stå foran blænde tillade μ-PCD henfald kurve måling i en vandig opløsning. Dimensionen celle er 5 mm x 20 mm x 40 mm (længde x bredde x højde). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6: normaliseret og beregnet μ-PCD henfald kurver for n-type 4H-SiC prøven med excitation i Si-ansigtet af 266 nm, i luften og vandige opløsninger. Solid linjer repræsenterer μ-PCD eksperimentelle resultat kurver for de vandige opløsninger af H2O, H24, HCL, Na2SO4, NaOH eller HF. De stiplede linjer er beregnede kurver med bulk carrier levetid i epilayers, τB = 3 μs, og overfladen rekombination hastighed for Si-ansigt, SSi = 200 cm/s eller 700 cm/s. Dette tal er blevet ændret fra Ichikawa et al.11 med tilladelser. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 7
Figur 7: pH afhængighed af τ1/e for n-type 4 H-SiC prøve med excitation i Si-ansigtet af 266 nm. Carrier levetid stiger pH i vandig opløsning falder. Dette resultat angiver, at lavere pH vil have flere effekter på carrier levetid. Dette tal er blevet ændret fra Ichikawa et al.11 med tilladelser. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 8
Figur 8: Μ-PCD henfald kurven for n-type 4H-SiC med excitation af injicerede photon tæthed af 1014 eller 1015 cm−2 på Si-ansigt af 266 nm. Måling med høj excitation på photon tæthed af 1015 cm−2 gør en mere gradvis henfald kurve end med lavere foton tæthed på grund af nonlinearity af mikrobølgeovn refleksionsevne. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Discussion

I protokollen μ-PCD er skridt 4.7 det vigtigste punkt. E-T-tuner blev indarbejdet med en bevægelig kortslutning i E og H fly, henholdsvis. Således flytte kortslutning af E-tuner eller H tuner ændrer amplitude og fase af afspejles mikrobølgeovn og maksimerer signal amplituden. Tuning har stor indflydelse på bølgeform af henfald kurven og skal udføres nøje. I tilfælde af en svag signalstyrke hvor tuning kan være vanskeligt, kan der anvendes et par snese tuning gennemsnit. For mislykkedes, tuning, er μ-PCD henfald kurver ikke observerbare; kun støj signalet på et oscilloskop er observeret. Figur 2 viser oscilloskop bølgeform i et sådant tilfælde.

Det er nemt at måle meget resistive prøver, som der er ingen nedre ledningsevne grænse. Når prøven resistivitet er lav, eller når prøven er tyk, er huden virkning af mikrobølgeovnen ikke ubetydelig. Afstand indtil den elektriske felt intensiteten af mikrobølgeovnen bliver 1/e gange omtales som huden dybde Equation 11 , som er udtrykt ved ligningen 9:

Equation 12(9)

hvor ω er kantede hyppigheden af mikrobølgeovnen, og ε, Rhoog μ repræsenterer prøven dielektricitetskonstant, resistivitet og permeabilitet, henholdsvis. Si og SiC var omtrentlige δ værdier til 10 GHz mikrobølgeovn 9 mm på 50 Ω∙cm, 2 mm på 10 Ω∙cm, 500 μm i 1 Ω∙cm og 150 μm på 0,1 Ω∙cm. Derfor, mister målinger for prøver med typiske lagtykkelser (flere hundrede micron) på mindre end 0,1 Ω∙cm δ nøjagtighed. På den anden side, er mikroovn og optisk stråling hændelse fra modsat af wafer i denne protokol. En ubetydelig huden virkning angiver bedre mikroovn og optisk stråling fra samme side.

Nedre grænser afhænger resistivitet og tykkelse som følge af dets interaktion med mikrobølgeovn. For meget resistive prøver er de typiske lavere grænser for de overskydende luftfartsselskaber på rækkefølgen 1012 cm−3. På den anden side skal elektron-hul spredning betragtes på overskydende luftfartsselskaber større end 1016 cm−3, som beskrevet i ref. 13.

Μ-PCD henfald kurver blev blid på høj excitation tæthed på grund af unproportionality af mikrobølgeovn refleksionsevne til overskydende carrier koncentration at ligning (3) ville miste sin gyldighed13,25,26 og τ1/e ville være overvurderet. Figur 8 viser μ-PCD henfald kurven af en kemisk mekaniske polering overfladebehandling n-type 4 H-SiC med excitation i Si-ansigtet af 266 nm under høj excitation intensitet.

Derudover afhænger tidsopløsning af udførelsen af måling apparater såsom en magnetisering kilde, et oscilloskop og en forstærker. For eksempel, i denne undersøgelse, apparatet bestod af en pulserende laser med pulse bredde på 1 ns som magnetisering kilde og et oscilloskop at have et frekvensbånd på 500 MHz. Derfor den mindste målelige levetid blev anslået til 2 ns.

Som tidligere nævnt, er μ-PCD meget nyttigt for karakterisering af halvledere som Si. Ikke desto mindre, dens anvendelse kan udvides til andre materialer, for eksempel i photoactive materialer herunder TiO227,28,29,30.

Endvidere, bortset fra μ-PCD, TR-PL2 og TR-FCA introduceret på de tidligere afsnit er de andre to carrier levetid måling teknikker. TR-PL bemærker tidsændring af fotoluminescens forårsaget af carrier rekombination mens TR-FCA bemærker tid ændre af sonden lys absorption4. Frit fragtfører absorption opstår især, når lys med energi mindre end band gap er bestrålet under carrier excitation3. Ikke desto mindre i forhold til disse to, μ-PCD direkte bemærker elektriske ledningsevne af mikrobølgeovn og har en høj overfladeruhed og signal følsomhed, hvilket gør det den mere ideel metode til carrier levetid måling for semiconductor enhed applikationer.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgments

Dette arbejde blev støttet af Nagoya-Institute of Technology, Japan.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
n-type 4H-SiC epilayer Ascatron AB http://ascatron.com/ Sample
266 nm pulsed laser CryLaS GmbH http://www.crylas.de/ FQSS 266-50  Excitation light source
Photodiode THORLABS https://www.thorlabs.com/index.cfm DET10A/M Trigger signal detection
Schottky barrier diode ASI http://www.advancedsemiconductor.com/ 1N23WE Reflected microwave detection
Gun diode  Microsemi https://www.microsemi.com/ MO86751C Microwave generation source
E-H tuner  SPC ELECTRONICS CORPORATION http://www.spc.co.jp/index.html microwave component
Circulator SPC ELECTRONICS CORPORATION http://www.spc.co.jp/index.html microwave component
Rectangular waveguide SPC ELECTRONICS CORPORATION http://www.spc.co.jp/index.html microwave component
Double ridge waveguide SPC ELECTRONICS CORPORATION http://www.spc.co.jp/index.html microwave component
Crystal mount SPC ELECTRONICS CORPORATION http://www.spc.co.jp/index.html microwave component
Acetone KANTO CHEMICAL CO.,INC. https://www.kanto.co.jp/ GE00001 Sample cleaning
Sulfuric acid KANTO CHEMICAL CO.,INC. https://www.kanto.co.jp/ GE00257 Acidic aqueous solution
Hydrochloric acid KANTO CHEMICAL CO.,INC. https://www.kanto.co.jp/ GE00238 Acidic aqueous solution
Hydrogen fluoride KANTO CHEMICAL CO.,INC. https://www.kanto.co.jp/ 18083-1B Acidic aqueous solution
Sodium hydroxide KANTO CHEMICAL CO.,INC. https://www.kanto.co.jp/ 37184-00 Alkaline aqueous solution
Sodium sulfate KANTO CHEMICAL CO.,INC. https://www.kanto.co.jp/ 37280-00 Neutral aqueous solution

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Cite this Article

Asada, T., Ichikawa, Y., Kato, M. Carrier Lifetime Measurements in Semiconductors through the Microwave Photoconductivity Decay Method. J. Vis. Exp. (146), e59007, doi:10.3791/59007 (2019).More

Asada, T., Ichikawa, Y., Kato, M. Carrier Lifetime Measurements in Semiconductors through the Microwave Photoconductivity Decay Method. J. Vis. Exp. (146), e59007, doi:10.3791/59007 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter