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Engineering

Misure di vita portante in semiconduttori attraverso il metodo di deperimento di fotoconduttività a microonde

doi: 10.3791/59007 Published: April 18, 2019

Summary

Come uno dei parametri fisici importanti nel settore dei semiconduttori, vettore vita viene misurata nel presente documento tramite un protocollo che impiegano il metodo di deperimento di fotoconduttività a microonde.

Abstract

Questo lavoro presenta un protocollo che impiegano il deperimento di fotoconduttività (μ-PCD) di forno a microonde per la misura della durata dell'elemento portante in materiali semiconduttori, soprattutto SiC. In linea di principio, i vettori in eccesso nel semiconduttore generato tramite eccitazione ricombinano con il tempo e, successivamente, ritorno allo stato di equilibrio. La costante di tempo di ricombinazione è conosciuta come la durata dell'elemento portante, un parametro importante in materiali semiconduttori e dispositivi che richiede una misurazione senza contatto e non distruttiva, idealmente raggiunta da μ-PCD. Durante l'irradiazione di un campione, una parte del microonde è riflessa dal campione dei semiconduttori. Forno a microonde riflettanza dipende la conducibilità del campione, che è attribuita ai vettori. Di conseguenza, il decadimento temporale dei vettori in eccesso può essere osservato attraverso il rilevamento dell'intensità riflessa forno a microonde, cui curva di decadimento possa essere analizzato per la stima della durata dell'elemento portante. Risultati confermano l'idoneità del protocollo μ-PCD nella misurazione della durata di vettore in materiali semiconduttori e dispositivi.

Introduction

I vettori in eccesso nei semiconduttori sono eccitati otticamente tramite l'iniezione di fotoni con energia più grande il divario tra le bande di Valenza e di conduzione. Entusiasti i vettori in eccesso, poi, scompaiono da una ricombinazione elettrone-lacuna all'interno di una costante di tempo conosciuta come la durata dell'elemento portante, che influenza notevolmente le prestazioni di dispositivi a semiconduttore durante il funzionamento. Come uno dei parametri importanti per materiali e dispositivi a semiconduttore, la durata dell'elemento portante è molto sensibile alla presenza di difetti in questi materiali e inoltre richiede un metodo conveniente di valutazione. J. Warman e M. Kunst sviluppato un transitorio tecnica chiamarono il tempo risolto conducibilità di forno a microonde (TRMC), che coinvolge l'assorbimento di forno a microonde per seguire carica carrier dynamics in semiconduttori1. Altri ricercatori hanno proposero la conducibilità foto transitoria (TPC), altrimenti nota come il deperimento di fotoconduttività di forno a microonde (μ-PCD), che è la tecnica di qualificazione materiale comunemente adottato nelle industrie di semiconduttori a causa sua non contatto e misure non distruttive della durata dell'elemento portante. In particolare, carburo di silicio (SiC), tre tecniche principali sono applicabili: µ-PCD, risolta in tempo fotoluminescenza (TR-PL) e ora risolto Franco vettore assorbimento (TR-FCA)2,3,4,5 ,6,7. Tra queste tecniche, µ-PCD è il più ampiamente autonomo perché rispetto agli altri due in quanto esibisce l'insensibilità di rugosità di superficie (cioè, misurabili per qualsiasi dato vari superficie rugosità8,9,10 ) e sensibilità di segnale alto per vettori eccitati (cioè, utilizzando un componente ottimale forno a microonde). In generale, µ-PCD è stato comodo per la misura di vita di vettore in SiC e altri semiconduttori materiali2,5,6,11,12,13 ,14,15,16,17,18,19.

Il principio di μ-PCD1,20,21 e protocollo di misurazione è dettagliate qui. In linea di principio, utilizza un forno a microonde riflessa come una sonda. Qui, la riflettanza di forno a microonde di un campione R(σ) è equivalente al rapporto tra l'intensità riflessa microonde P(σ) e il forno a microonde incidente intensità Pin espressa dalla equazione 1:

Equation 1(1)

Da irradiazione di un impulso laser, la conducibilità di un campione σ cambia a σ + Δσ; allo stesso modo, R (σ) si trasforma in R(σ + Δσ). Così, ΔR è dato dall'equazione 2:

Equation 2(2)

In un'approssimazione di perturbazione (piccola Δσ), R(σ + Δσ) è sviluppato in serie di Taylor di cedere

Equation 3(3)

mentre Δσ diventa

Equation 4, (4).

dove q è la carica elementare, μp è la mobilità di foro, μn è la mobilità di elettrone e Δp è la concentrazione in elemento portante in eccesso. Dalle precedenti equazioni,Equation 5ΔR e Δp sono legati da

Equation 6. (5)

La dipendenza della riflettanza di forno a microonde sulla concentrazione in elemento portante in eccesso permette μ-PCD di osservare il decadimento temporale dei vettori in eccesso, che possiamo utilizzare per stimare la durata di vettore di materiali semiconduttori.

Protocol

1. preparazione del campione

  1. Preparare un n-tipo 4h-SiC epilayer (Tabella materiali).
  2. Lavare il campione con l'acetone e poi con acqua, ciascuno per 5 min, utilizzando un
  3. Lavatrici ad ultrasuoni.
  4. Utilizzare una pistola di azoto per rimuovere l'umidità sulla superficie del campione.

2. preparazione di soluzioni acquose

  1. Preparare 1 M ciascuno di H2così4, HCl, Na2SO4, NaOH o HF a 1% di concentrazione wt. Selezionare e preparare una soluzione acquosa da misurare.
  2. Preparare una cella di quarzo con 5 mm (lunghezza) x 20 mm (larghezza) x 40 mm (altezza) dimensioni e poi versare la soluzione acquosa in esso. Mettere il campione preparato nella cella e poi immergerlo nella soluzione acquosa.
    Nota: almeno 4 mL di soluzione acquosa nella cella al quarzo è necessario per il campione di immergersi completamente. Quando si cambia la soluzione, trattare il campione con ultrasuoni pulizia utilizzando acetone e acqua pura.

3. preparazione dell'attrezzatura per la misurazione

  1. Accendere l'alimentazione elettrica del laser per eccitare la sorgente di luce pulsata 266 nm. In seguito, è possibile impostare la modalità di laser in modalità standby.
  2. Collegare il laser pulsato e un oscillatore attraverso un cavo Bayonet Neill-Concelman (BNC). Accendere l'oscillatore e un'onda di impulso di 100 Hz per il laser pulsato in ingresso.
  3. Collegare un fotodiodo per acquisizione di innesco attraverso un canale di ingresso trigger dell'oscilloscopio con un cavo BNC.
  4. Accendere l'alimentazione elettrica del fotodiodo.
  5. Irradiare il laser pulsato e posizionare l'apertura della Guida d'onda a microonde sul percorso ottico della luce laser in direzione normale alla luce.
    Attenzione: Nel processo di quest'ultimo, lo sperimentatore deve indossare occhiali di sicurezza durante l'irradiazione laser.
  6. Installare un metà-specchio sul percorso ottico del laser pulsato, come mostrato nella Figura 1e riflettere il laser pulsato a fotodiodo.
  7. Accendere l'oscilloscopio e quindi impostare la soglia di innesco per un voltaggio sufficiente a segnale dal fotodiodo.
    Nota: Il valore di soglia può essere impostato più piccolo rispetto al picco del segnale di trigger. Quando una luce riflessa involontaria entra il fotodiodo, l'oscilloscopio Visualizza una frequenza che differisce notevolmente dalla frequenza laser pulsato. In questo caso, ripetere il passaggio 3.6.
  8. Controllare la frequenza di innesco con un oscilloscopio e sintonizzare l'oscillatore esattamente.
  9. Mettere il laser modalità in standby.
  10. Collegare un diodo di barriera di Schottky in una guida d'onda di forno a microonde per il rilevamento di microonde riflessa e un canale di input di segnale dell'oscilloscopio, attraverso un cavo BNC.
  11. Applicare un 9,5 V tensione di esercizio a un diodo Gunn.
  12. Posizionare la cella di quarzo (punto 2.2) sul cavalletto davanti l'apertura più vicino possibile. Fissare con nastro adesivo.

4. misurazione e salvataggio dei dati

  1. Attivare l'oscillazione di luce laser e irradiare la luce per il campione.
  2. Posizionare un metà-waveplate (λ/2), un polarizzatore e un misuratore di potenza sul percorso ottico (Figura 1).
  3. Irradiare il laser pulsato per il misuratore di potenza, come illustrato nella Figura 1. Controllare l'intensità di eccitazione del laser.
  4. Regolare l'angolo λ/2 per il controllo dell'intensità di eccitazione.
    Nota: λ/2 cambia la direzione di polarizzazione della luce laser, mentre il polarizzatore trasmette solo in una direzione di polarizzazione della luce, attraverso cui eccitazione intensità è controllata. Fotone iniettato densità vengono impostate a 8 x 1013 cm− 2 e per il laser di 266 nm, la densità dell'elemento portante di eccitazione in 4h-SiC è 4,5 x 1017 cm− 3.
  5. Rimuovere il misuratore di potenza dal percorso ottico.
  6. Regolare il tempo/div e V/div dell'oscilloscopio in modo che il segnale di picco viene visualizzato sull'oscilloscopio.
  7. Regolare l'ampiezza e la fase del microonde attraverso un sintonizzatore E – H. Controllare l'oscilloscopio e cercare il sintonizzatore E – H dove il segnale di picco è al massimo. Fallito, regolazione dei risultati E-H sintonizzatore in perdita di segnale, come raffigurato in Figura 2.
    Nota: Un amplificatore viene utilizzato per potenziare il segnale di decadimento in caso di segnale non sufficientemente grande rispetto al rumore di fondo o quando non si osserva anche dopo aver regolato il sintonizzatore E – H. L'amplificatore è posizionato tra il diodo a barriera Schottky e il canale di ingresso di segnale dell'oscilloscopio con un cavo BNC, come illustrato nella Figura 1.
  8. Ripetere i passaggi da 4.6 e 4.7 per completare la messa a punto.
  9. Regolare il tempo/div dell'oscilloscopio e tracciare una curva di decadimento in area di misurazione sull'oscilloscopio.
  10. Media il segnale per un numero arbitrario di volte a migliorare il rapporto segnale-rumore.
  11. Salvare i dati di misurazione come un file elettronico per una memoria e quindi rimuoverlo dall'oscilloscopio.

5. elaborazione dei dati

  1. Importare i dati del segnale ad un personal computer.
  2. Tracciare le curve di decadimento ottenute dall'esperimento come funzione del tempo.
  3. Calcolare il valore medio del livello di rumore di fondo, sottrarre il segnale di decadimento e trama come funzione del tempo.
  4. Trovare il valore di picco del segnale di decadimento ottenuto al passaggio 5.3 e poi dividere il segnale di decadimento per il valore di picco.

Representative Results

La figura 1 Mostra un diagramma schematico dell'apparato μ-PCD composto da una frequenza delle microonde 10GHz, X waveguide band e una guida d'onda rettangolare. Il forno a microonde è stato focalizzato da guida d'onda doppia cresta ed irradiato sul campione. La potenza di uscita del diodo Gunn era 50 mW e il rumore di fase era quasi-80 dBc/Hz.

La figura 3 Mostra la curva di decadimento del μ-PCD di un campione di 100 μm di spessore n-tipo 4h-SiC eccitato sulla Si-faccia di 266 nm nell'aria; Segnale di μ-PCD (V) in scala logaritmica (μs) eseguiva la variabile indipendente e la variabile dipendente. Il picco di tensione del segnale era circa 0,046 V prima di amplificazione. Inoltre, la tensione osservata del componente corrente continua (DC) del microonde riflesso ottenuto dalla modalità Oscilloscopio DC era dell'ordine di parecchi volt. Col di ricombinazione dei portatori in eccesso con il tempo, riflettanza di conducibilità e forno a microonde dell'esempio è diminuito.

Figura 4 Mostra la curva di decadimento normalizzato μ-PCD della Figura 3. Normalizzazione consente di confronto tra le costanti di tempo con le intensità di picco differenti. In genere, vettore vita stima basata sulla curva di decadimento è effettuata con il parametro 1/e lifetime τ1/e , che indica che il tempo speso per ottenere diminuzioni di intensità di segnale dal picco a 1/e (~ 0.368). Nota che il decadimento µ-PCD non era un singolo esponenziale e τ1/e è stato influenzato da massa e ricombinazione superficiale. Tuttavia, confrontando la costante di tempo di campioni aventi spessore differente o condizione di superficie ha reso necessario un parametro di riferimento. L'utilizzo di τ1/e era conveniente dato il buon rapporto segnale-rumore presso la parte iniziale della curva di decadimento e la semplicità di analisi dei dati. Per caratterizzare il segnale µ-PCD, vite di metà-tempo, I40/homaxe la costante kD inoltre ha adottato tali parametri22,23,24. Infatti, τ1/e è stato adottato nello standard SEMI: SEMI MF 15358 come standard per la misurazione di durata di vettore di Si. Per la curva di decadimento nella Figura 4, τ1/e è stato di circa 0,34 μs.

In Figura 5, la cella di quarzo, contenente la soluzione acquosa e con l'esempio sulla sua parete, è stato disposto sul cavalletto davanti l'apertura11. Ogni intensità di irradiati forno a microonde e forno a microonde riflessa dal campione, come pure il rapporto segnale-rumore di μ-PCD, dipendevano dalla distanza tra il campione e il diaframma, che, idealmente, dovrebbe essere più vicino possibile. Nella misurazione del reale, la distanza ottenuta era più vicina possibile; misurazione mediante la cella di quarzo ha reso una distanza di 0,5 mm, che era dello stesso come lo spessore del vetro al quarzo delle cellule.

Figura 6 Mostra le curve di decadimento del μ-PCD di n-tipo 4h-SiC nell'aria e nelle soluzioni acquose. Un'eccitazione luce di 266 nm è stato irradiato alla Si-faccia di 4h-SiC. Utilizzate soluzioni acquose hanno avuti concentrazioni, come accennato in precedenza, come segue: 1 M ogni di H2SO4, HCl, Na2SO4, o NaOH o 1% in peso di HF. La costante di tempo delle curve di decadimento è stato più lunga con il campione immerso nelle soluzioni acquose di acidi (ad esempio, H2SO4, HCl o HF), che implica che le soluzioni acide passivato stati superficiali sulla Si-faccia e ridotta superficie ricombinazione di i vettori in eccesso.

Figura 7 Mostra la dipendenza di pH di τ1/e del campione n-tipo 4h-SiC eccitato sulla Si-faccia a 266 nm di luce. Il pH è stato calcolato dalle concentrazioni molari di H2così4, HCl e NaOH. Questa figura è indicata la dipendenza di vita di vettore su soluzioni acquose di pH; dunque, pH inferiore avrebbe effetti più per tutta la durata di vettore.

Velocità di ricombinazione superficie S è stata calcolata per riprodurre il τ1/e utilizzati per i campioni. Il modello di decadimento dei vettori in eccesso è stato segnalato in rif. 2 e 3. Per ottenere la concentrazione in elemento portante in eccesso Dn(x, t), la seguente equazione di continuità è stato risolto. Qui, Dn(x, t) è stata definita come una funzione del tempo t e profondità x in uno strato semiconduttore; così,

Equation 7, (6).

dove τB è durata di massa grazie alla ricombinazione di Shockley – lettura – Hall (SRH), Dun è il coefficente di diffusione ambipolare, B è il coefficiente di ricombinazione di radiazione e C è la ricombinazione Auger coefficiente.

Alle superfici eccitate e altre, condizioni al contorno sono stati dati dall'equazione 7:

Equation 8e Equation 9 (7)

dove S0 e SW indicano la velocità di ricombinazione superficiale di eccitato e altre superfici, rispettivamente, e W è lo spessore dello strato.

Inoltre, il profilo di concentrazione iniziale trasportatore in eccesso usando l'impulso di luce illuminazione potrebbe essere espresso utilizzando 8 equazione:

Equation 10(8)

dove g0 è la concentrazione in elemento portante a x = 0 e a è il coefficiente di assorbimento.

Risolvendo l'equazione 6 impiegando le condizioni al contorno di equazione 7 e la condizione iniziale di curve di equazione 8 fornito il deperimento di vettore in eccesso. Nel processo, S è stata valutata confrontando la τ1/e ottenuti dagli esperimenti e dalle curve di decadimento calcolato. Minimi quadrati montaggio ridotto al minimo errori tra la sperimentale τ1/e in tutte le condizioni e il calcolato τ1/e con parametri S0, Sw e τB.

Come rappresentato nella ricombinazione vettore equazione 6 è la somma di vari componenti di decadimento, vale a dire, superficie, SRH, radiativo e coclea ricombinazioni, gli ultimi due con notevole elemento portante ad alta densità. D'altra parte, ricombinazione SRH dipende da difetti di punto e dislocazioni nella maggior parte del materiale semiconduttore che formano i livelli energetici nella band gap semiconduttori. I livelli di energia agire come trampolini di lancio per la transizione di vettore tra le bande di Valenza e di conduzione.

m-PCD anche Mostra non linearità in una condizione di alta iniezione e sopravvaluta vettore durata13,25,26. Figura 8 Mostra m-PCD misurati in una condizione di alta eccitazione. Si noti che la curva di decadimento per una densità di fotone iniettato di 1015 cm− 2 è diventato più graduale rispetto a quella per la densità del fotone di 10 cm14 − 2, a causa della non linearità del forno a microonde. Inoltre, gli esempi di misurazione illustrati nella Figura 3, figura 4 e Figura 6 sono stati ottenuti per una densità di fotone iniettato di 8 x 1013 cm− 2 radiativo e conseguente non linearità trascurabile forno a microonde e coclea le ricombinazioni ma dominante SRH e ricombinazioni superficiali.

Figura 6 possono essere adottate per esemplificare i calcoli di curva di decadimento per il n-tipo 4h-SiC Si-viso eccitato da 266 nm luce, facendo riferimento alle linee tratteggiate, dove τB = 3 μs e S per la Si-face SSi = 200 cm/s o 700 cm/s . Per entrambe le impostazioniSi S, la curva di decadimento sperimentale misurata a pH neutro (aria, 1m Na2così4) e nella condizione acida (1 M H2SO4), rispettivamente, sono stati ben riprodotta, che significava che S Si per il n-tipo 4h-SiC notevolmente ridotto da 700 cm/s a 200 cm/s in soluzioni acquose acide come idrogeno passivato stati superficiali sulla Si-faccia.

Figure 1
Figura 1: diagramma schematico del dispositivo μ-PCD. Una parte della luce laser viene riflessa dallo specchio mezza-riflessione. Il laser riflesso viene rilevato dal fotodiodo e un segnale proveniente da fotodiodo è utilizzato come un trigger per l'oscilloscopio. Un forno a microonde viene generato dal diodo Gunn in direzione piegati dal circolatore; quindi, un forno a microonde passa attraverso l'apertura e irradia il campione. Il forno a microonde riflessa dal campione torna al diaframma e nel circolatore, dove viene rilevato dal diodo a barriera Schottky. Infine, il segnale proveniente dal diodo Schottky barriera viene osservato dall'oscilloscopio. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2: la Segnale di μ-PCD per una sintonizzazione fallito del sintonizzatore E-H. Nessun picco misurabile è osservato per un tuning non riuscita. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3: la curva di decadimento del μ-PCD per il campione di n-tipo 4h-SiC con eccitazione sulla Si-faccia da 266 nm in aria. Il laser pulsato è irradiato a tempo = 0 s in cui l'intensità del segnale è al massimo. Questa figura è stata modificata da Ichikawa et al.11 con autorizzazioni. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 4
Figura 4: curva di decadimento normalizzato μ-PCD per il campione di n-tipo 4h-SiC con eccitazione sulla Si-faccia da 266 nm in aria. Il valore massimo della curva di decadimento nella Figura 2 viene normalizzato all'unità. Il valore della linea tratteggiata è 1/e, e τ1/e è μs circa 0,34 come raffigurato. Questa figura è stata modificata da Ichikawa et al.11 con autorizzazioni. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 5
Figura 5: immagine di misura μ-PCD in una soluzione acquosa in una cella di quarzo. La cella di quarzo è posizionata sul cavalletto davanti l'apertura per consentire μ-PCD deperimento curva misurazione in una soluzione acquosa. La dimensione della cella è di 5 x 20 x 40 mm (lunghezza x larghezza x altezza). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 6
Figura 6: normalizzato e calcolate le curve di decadimento del μ-PCD per il campione di n-tipo 4h-SiC con eccitazione sulla Si-faccia da 266 nm, in aria e soluzioni acquose. Linee continue rappresentano le curve di risultato sperimentale di μ-PCD per le soluzioni acquose di H2O, H2così4, HCL, Na2SO4, NaOH o HF. Le linee tratteggiate sono calcolate le curve con la durata di elemento portante all'ingrosso in epilayers, τB = 3 μs e la velocità di ricombinazione superficiale per la Si-face, SSi = 200 cm/s o 700 cm/s. Questa figura è stata modificata da Ichikawa et al.11 con autorizzazioni. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 7
Figura 7: La dipendenza del pH del τ1/e per n-tipo 4h-SiC campione con eccitazione sulla Si-faccia da 266 nm. Vita di vettore aumenta il pH della soluzione acquosa diminuisce. Questo risultato indica che il pH inferiore avrà più effetti per tutta la durata di vettore. Questa figura è stata modificata da Ichikawa et al.11 con autorizzazioni. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 8
Figura 8: La μ-PCD deperimento curva di n-tipo 4h-SiC con eccitazione di densità iniettato fotone di 1014 o 1015 cm− 2 sulla Si-faccia di 266 nm. Misura con eccitazione ad alta densità del fotone di 1015 cm− 2 fa una curva di decadimento più graduale di quella con minore densità di fotoni a causa della non linearità della riflettività del forno a microonde. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Discussion

Nel protocollo μ-PCD, passo 4.7 è il punto più importante. Il sintonizzatore E – H è stato integrato con un corto circuito mobile sui piani E ed H, rispettivamente. Così, il corto circuito E tuner o il sintonizzatore H in movimento cambia l'ampiezza e la fase del microonde riflesso e massimizza l'ampiezza del segnale. Tuning ha una grande influenza sulla forma d'onda della curva di decadimento e deve essere eseguita rigorosamente. In caso di un debole segnale dove sintonizzazione potrebbe essere difficile, a poche decine di tuning medie possono essere utilizzate. Per venuto a mancare tuning, le curve di decadimento del μ-PCD non sono osservabili; solo il segnale di rumore di un oscilloscopio è osservato. La figura 2 Mostra la forma d'onda dell'oscilloscopio in un caso del genere.

È facile da misurare campioni altamente resistivi come non c'è nessun limite di conduttività inferiore. Quando la resistività del campione è bassa o quando il campione è spesso, l'effetto di pelle del microonde non è trascurabile. La distanza fino a quando l'intensità di campo elettrico del forno a microonde diventa 1/e volte viene riferita come profondità di pelle Equation 11 , che è espresso dall'equazione 9:

Equation 12(9)

dove ω è la frequenza angolare del microonde e ε, ρe μ rappresentano l'esempio costante dielettrica, resistività e permeabilità, rispettivamente. Nel caso Si e SiC, approssimare i valori δ per il forno a microonde 10GHz erano 9 mm a 50 Ω∙cm, 2 mm a 150 μm a 0.1 Ω∙cm Ω∙cm 10 e 500 μm a 1 Ω∙cm. Di conseguenza, misure per campioni con spessori tipici (diverse centinaia micron) a meno di 0,1 Ω∙cm perderanno δ precisione. D'altra parte, il forno a microonde e le radiazioni ottiche sono incidente dall'opposto del wafer in questo protocollo. Un trascurabile effetto di pelle indica meglio forno a microonde e radiazioni ottiche dallo stesso lato.

Limiti inferiori dipendono la resistività e lo spessore del campione derivanti dalla sua interazione con il forno a microonde. Per campioni altamente resistente, i tipici limiti inferiori dei vettori in eccesso sono dell'ordine di 1012 cm− 3. D'altra parte, scattering di elettroni – foro deve essere considerato a vettori in eccesso maggiore di 1016 cm− 3, come discusso in rif. 13.

Le curve di decadimento del μ-PCD è diventato gentile a densità alta eccitazione a causa di unproportionality della riflettività di forno a microonde per la concentrazione in elemento portante in eccesso, tale che l'equazione (3) perderebbe la sua validità13,25,26 e τ1/e sarebbe essere sovrastimati. Figura 8 Mostra la curva di decadimento del μ-PCD di una sostanza chimica meccanica lucidatura trattamento superficiale n-tipo 4h-SiC con eccitazione sulla Si-faccia da 266 nm in intensità alta eccitazione.

Inoltre, risoluzione temporale dipende dalle prestazioni dell'apparato di misura come una sorgente di eccitazione, un oscilloscopio e un amplificatore. Ad esempio, in questo studio, l'apparato ha consistito di un laser pulsato con larghezza di impulso di 1 ns come la sorgente di eccitazione e un oscilloscopio avendo una banda di frequenza di 500 MHz. Di conseguenza, la durata minima misurabile è stata stimata a 2 ns.

Come accennato in precedenza, μ-PCD è molto utile per la caratterizzazione di semiconduttori come Si. Tuttavia, l'applicazione può essere estesa ad altri materiali, per esempio, in materiali fotoattivi cui TiO227,28,29,30.

Inoltre, a parte il μ-PCD, TR-PL2 e TR-FCA presentata alle sezioni precedenti sono le altre tecniche di misura delle durata di due carrier. TR-PL osserva il cambiamento di orario della fotoluminescenza causato tramite la ricombinazione di vettore mentre TR-FCA osserva il tempo cambiare della sonda luce assorbimento4. In particolare, Franco vettore assorbimento si verifica quando la luce con energia inferiore a band gap è irradiato durante vettore eccitazione3. Tuttavia, rispetto a questi due, μ-PCD direttamente osserva conduttività elettrica di forno a microonde e ha un'elevata rugosità superficiale e la sensibilità del segnale, rendendo il metodo più ideale per la misura di vita di vettore per applicazioni per dispositivi a semiconduttore.

Disclosures

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Acknowledgments

Questo lavoro è stato supportato dall'Istituto di tecnologia di Nagoya, Giappone.

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

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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).

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