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Engineering

전자 레인지 Photoconductivity 감퇴 메서드를 통해 반도체 캐리어 수명 측정

doi: 10.3791/59007 Published: April 18, 2019

Summary

반도체에 중요 한 물리적 매개 변수 중 하나로, 캐리어 평생 여기 전자 레인지 photoconductivity 감퇴 메서드를 사용 하는 프로토콜을 통해 측정 된다.

Abstract

이 작품 특히 SiC 반도체 재료, 캐리어 수명 측정을 위한 전자 레인지 photoconductivity 감퇴 (μ-PCD)를 사용 하는 프로토콜을 제공 합니다. 원칙적으로, 여기를 통해 생성 된 반도체에 과잉 캐리어 시간과 재결합 고, 그 후, 평형 상태를 반환 합니다. 이 재결합의 시간 상수 캐리어 수명, 비접촉, 비파괴 측정 μ-PCD에 의해 이상적으로 달성 해야 하는 중요 한 매개 변수 반도체 재료 및 소자로 알려져 있다. 샘플의 방사선, 동안 전자 레인지의 일부 반도체 샘플에 의해 반영 된다. 전자 레인지 반사율 샘플 전도성, 사업자에 할당에 따라 달라 집니다. 따라서, 과잉 캐리어의 시간 감퇴의 감퇴 곡선 캐리어 평생의 추정에 대 한 분석 될 수 있다 반영된 전자 레인지 강도의 검색을 통해 관찰할 수 있습니다. 결과 반도체 재료 및 디바이스의 캐리어 수명 측정 μ PCD 프로토콜의 적합성을 확인 합니다.

Introduction

반도체에 과잉 캐리어는 광학 전도 및 원자가 밴드 사이의 간격 보다 큰 에너지를 가진 광자의 주입에 의해 흥분 됩니다. 흥분된 과잉 캐리어, 캐리어 수명 크게 작업 중 반도체 소자의 성능에 영향을 미치는 알려진 시간 상수 내 전자-홀 재조합에 의해 다음, 사라집니다. 반도체 소자 및 재료에 대 한 중요 한 매개 변수 중 하나로, 캐리어 평생 이러한 물질에 결함의 존재에 매우 민감한 이며 추가 평가의 편리한 방법을 필요로 합니다. J. Warman M. kunst이 과도 개발 했다 그들은 시간 이라는 기술을 해결 전자 전도성 (TRMC), 반도체1충전 캐리어 역학에 따라 마이크로파 흡수를 포함. 다른 연구원은 반도체 산업의 noncontact 때문에 일반적으로 채택 된 소재 자격 기술 전자 레인지 photoconductivity 감퇴 (μ-PCD) 라고도 과도 사진 전도도 (TPC), 제안 하 고 캐리어 평생의 비파괴 측량입니다. 특히, 실리콘 카바 이드 (SiC)에 대 한 세 가지 주요 기술 적용 됩니다: μ-PCD, 시간 해결 photoluminescence (TR-PL), 및 시간 해결 무료 캐리어 흡수 (TR-FCA)2,,34,5 ,,67. 이러한 기법으로, µ-PCD는 가장 널리 고용 때문에 다른 둘에 비해 표면 거칠기 무감각 (즉, 주어진에 대 한 측정 가능한 다양 한 표면 거칠기8,9,10 전시 하 고 있습니다. ) 흥분된 사업자에 대 한 높은 신호 감도 (즉, 사용 하 고 최적의 마이크로파 구성 요소). 일반적으로, µ-PCD SiC 및 다른 반도체 재료2,,56,11,12,13 캐리어 수명 측정에 대 한 선호 하고있다 ,14,15,,1617,18,19.

측정 및 μ PCD1,,2021 의 원칙 여기 상세한입니다. 원칙적으로, 반사 전자 레인지는 프로브로 사용합니다. 여기, (σ)에 샘플 R의 전자 레인지의 반사율은 반사 전자 레인지 강도 P(σ)과는 사건 전자 레인지 강도 P 공식 1에 의해 표현 사이의 비율에 해당:

Equation 1(1)

펄스 레이저의 조사에 의해 샘플 σ 의 전도도 σ + Δ 변경σ; 마찬가지로, R (σ)는 R(σ + Δσ)로 변환합니다. 따라서, ΔR 공식 2에 의해 주어진 다:

Equation 2(2)

섭 동 (작은 Δσ) 근사에서 R(σ + Δσ)는 테일러 시리즈를 개발합니다

Equation 3(3)

Δσ 된다 동안

Equation 4(4)

q 가 기본 전 μp 구멍 기동성, μn 은 전자 이동성 이며 Δp 과잉 캐리어 농도 이다. 위의 방정식에서Equation 5ΔR , Δp 에 의해 관련

Equation 6. (5)

전자 레인지 반사율 과잉 캐리어 농도에 의존 μ-PCD 우리 반도체 재료의 캐리어 수명을 추정 하는 데 사용할 수 있는 초과 사업자의 시간 붕괴를 관찰 하는 것을 허용 한다.

Protocol

1입니다. 샘플의 준비

  1. N-타입 4 H-SiC epilayer (테이블의 재료)를 준비 합니다.
  2. 샘플 아세톤 그리고 각각 5 분 동안 물으로 씻어 사용 하는
  3. 초음파 세척기입니다.
  4. 질소 총을 사용 하 여 샘플 표면에 수 분을 제거.

2입니다. 수성 해결책의 준비

  1. 그래서 1 M H2의 각각 준비4, HCl, 나24, NaOH, 또는 1 wt % 농도에서 HF. 선택한 측정 용액을 준비 합니다.
  2. 5 mm (길이)를 가진 석 영 셀 준비 x 20 m m (폭) x 40 m m (높이) 크기와 다음 부 어 그것으로 수성 해결책. 셀으로 준비 된 샘플을 넣고 수성 해결책으로 그것을 담가.
    참고: 석 영 셀에서 수성 해결책의 적어도 4 mL이 완전히 몰입 하는 샘플에 대 한 필요 합니다. 솔루션을 변경할 때 치료 초음파와 샘플 순수한 물과 아세톤을 사용 하 여 청소.

3입니다. 측정 장비 준비

  1. 266 nm 펄스 레이저 광원을 자극의 전원 공급 장치를 켭니다. 이후에, 대기에 레이저 모드를 설정 합니다.
  2. 펄스 레이저와 발진기는 고정 닐-Concelman (BNC) 케이블을 통해 연결 합니다. 켜고 발진기 펄스 레이저에 100 Hz 펄스 파형을 입력.
  3. BNC 케이블 오실로스코프의 트리거 입력된 채널을 통해 트리거 수집을 위한 포토 다이오드를 연결 합니다.
  4. 광다이오드의 전원 공급 장치를 켭니다.
  5. 펄스 레이저를 비추는 고 빛에 수직 방향에서 레이저 빛의 광 경로에 전자 레인지도 파 관의 조리개를 놓습니다.
    주의: 후자의 과정에는 실험 레이저 조사 중 안전 안경을 착용 해야 합니다.
  6. 그림 1에서 같이 펄스 레이저의 광 경로에 하프 미러를 설치 하 고는 광다이오드에 펄스 레이저를 반영.
  7. 오실로스코프를 켜고 트리거 임계값 전압 신호는 포토 다이오드에서 충분 한 설정.
    참고: 임계값 값 설정할 수 있습니다 트리거 신호의 피크 보다 작은. 의도 하지 않은 반사 빛 광다이오드 들어가면 오실로스코프 크게 펄스 레이저 주파수에서 다른 주파수를 표시 합니다. 이 경우에, 3.6 단계를 반복 합니다.
  8. 오실로스코프 트리거 주파수를 확인 하 고 정확 하 게는 발진기를 조정.
  9. 레이저 모드 대기 모드에 넣어.
  10. BNC 케이블을 통해 반사 된 마이크로웨이브 탐지에 대 한 전자 레인지도 파 관 및 신호 입력된 채널은 오실로스코프의 쇼트 키 장벽 다이오드를 연결 합니다.
  11. 9.5 V 적용 Gunn 다이오드에 전압을 운영.
  12. 조리개를 최대한 가까이 앞 스탠드에 석 영 셀 (단계 2.2)를 놓습니다. 수정 테이프와 함께.

4. 측정 및 데이터 저장

  1. 레이저 빛 진동 켜고 시료에 빛을 비추는.
  2. 광학 경로 (그림 1)에 반 파장판 (λ/2), 편광판, 고 전력 측정기를 놓습니다.
  3. 그림 1에서 보듯이 파워 미터에 펄스 레이저를 비추는. 레이저의 여기 강도 확인 합니다.
  4. 여기 휘도 제어를 위한 λ/2 각도 조정 합니다.
    참고: λ/2 편광판 하나만 빛 분극 방향, 강도 여기를 통해 제어를 전송 하는 동안에 레이저 빛의 편광 방향을 변경 합니다. 주입 된 광자 밀도 8 x 1013 cm−2 설정 되어 266 nm 레이저, 4 H 원문에 여기 캐리어 밀도 4.5 x 1017 cm− 3.
  5. 광학 경로에서 파워 미터를 제거 합니다.
  6. 피크 신호는 오실로스코프에 표시 되도록 시간/div 및 오실로스코프의 V/div을 조정 합니다.
  7. E-H 튜너를 통해 마이크로웨이브의 위상 및 진폭 조정 합니다. 오실로스코프를 확인 하 고 피크 신호 최대에는 E-H 튜너에 대 한 보고. 그림 2에서 같이 신호 손실, E-H 튜너 결과의 조정 하지 못했습니다.
    참고: 증폭기는 충분 큰 신호 배경 잡음을 기준으로 또는 때 E-H 튜너를 조정 후에 관찰 되지 않는 경우 부패 신호를 강화 하는 데 사용 됩니다. 증폭기는 그림 1에서 볼 수 있듯이 쇼트 키 배리어 다이오드와 BNC 케이블, 오실로스코프의 신호 입력된 채널 사이 배치 됩니다.
  8. 4.6와 4.7 튜닝 완료 하려면 단계를 반복 합니다.
  9. 오실로스코프의 시간/div을 조정 하 고 오실로스코프 측정 영역에서 감퇴 곡선 스케치.
  10. 평균 신호 대 잡음 비율을 개선 하기 위해 여러 번에 대 한 신호.
  11. 측정 데이터는 메모리에 전자 파일로 저장 한 다음 오실로스코프에서 그것을 제거.

5입니다. 데이터 처리

  1. 개인용 컴퓨터에 신호 데이터를 가져옵니다.
  2. 시간의 기능으로 실험에서 얻은 감퇴 곡선을 플롯.
  3. 배경 잡음 레벨의 평균 값을 계산 하 고 부패 신호에서 빼기 시간의 기능으로 음모.
  4. 부패 신호 단계 5.3에서에서 얻은의 피크 값을 찾아서 다음 피크 값으로 부패 신호를 나눕니다.

Representative Results

그림 1 의 10 기가헤르쯔 마이크로파 주파수, X waveguide 밴드, 그리고 직사각형도 파 관의 구성 된 μ-PCD 기구 회로도 보여준다. 전자 레인지 더블 릿지도 파 관에 의해 집중 되었고 샘플에 조사. Gunn 다이오드 출력은 50 mW 및 위상 잡음은 거의-80 dBc/Hz.

그림 3 은 100 μ m 두께 n-타입 4 H-SiC 샘플의 μ-PCD 감퇴 곡선 흥분 시-얼굴에 의해 266 nm에; Μ-PCD 신호 (V)로 축소 종속 변수 이었고 시간 (μ)는 독립 가변. 신호 전압 피크 약 0.046 V 전에 증폭 했다. 또한, 오실로스코프 DC 모드에서 얻은 반사 전자 레인지의 직류 (DC) 성분의 관찰된 전압 몇 볼트의 순서 했다. 과잉 캐리어의 재결합 시간 진행, 샘플의 전도도 전자 레인지 반사율 감소.

그림 4그림 3의 정규화 된 μ-PCD 감퇴 곡선. 정규화의 다른 피크 농도와 시간 상수 비교 수 있습니다. 일반적으로, 캐리어 수명 추정 감퇴 곡선에 따라 1/e 수명 τ1/e 매개 변수를 나타내는 1/e (~ 0.368)에서 신호 강도 감소를 얻기 위해 소비 하는 그 시간에와 함께 수행 됩니다. 참고 µ PCD 감퇴는 단일 지 수와 τ1/e 아니었다 부피와 표면 재결합에 의해 영향을 받았습니다. 그러나, 참조 매개 변수를 필요한 다른 두께 또는 표면 상태 샘플의 시간 상수를 비교. Τ1/e 의 사용 편리 감퇴 곡선의 초기 부분은 데이터 분석의 단순에 좋은 신호 대 잡음 비율을 제공 했다. Μ-PCD 신호, 하프 타임 생활, 40하 /최대kD 상수 또한 이러한 매개 변수22,,2324채택. 사실, τ1/e 세미 표준에 채택 되었다: 세미 MF 15358 시의 캐리어 수명 측정에 대 한 표준으로. 그림 4에서 감퇴 곡선, τ1/e 약 0.34 μ s 이었다.

그림 5, 석 영 셀을 포함 하는 수성 해결책에서에서 그리고 그것의 벽에 샘플, 조리개11앞 스탠드에 배치 했다. 비친된 전자 레인지와 μ PCD 신호 대 잡음 비율, 샘플에서 반사 전자의 강도 각 샘플 하 고는, 이상적으로, 가능한 한 가까이 있어야 조리개 사이의 거리에 의존 했다. 실제 측정에서 얻은 거리가 이었다; 최대한 가까이 석 영 셀을 사용 하 여 측정 같은 석 영 셀 유리의 두께 0.5 m m의 거리를 나왔고.

그림 6 공기에 수성 해결책에서 n-타입 4 H-SiC의 μ-PCD 감퇴 곡선을 보여준다. 266의 빛 여기 nm 4 H-SiC의 Si 얼굴을 조사 했다. 수성 솔루션 사용 했다 농도, 설명 했 듯이 이전, 다음과 같습니다: 1 M H2의 각 등4, HCl, 나24, NaOH, 또는 1 wt %HF. 감퇴 곡선의 시간 상수는 신랄 한 수성 해결책에 몰입 하는 샘플 더 이상 (즉, H24, HCl, HF), 산 성 솔루션 패 시-얼굴에 표면 상태 및 감소의 표면 재결합 암시 초과 항공사입니다.

그림 7τ1/e n-타입 4 H-SiC 샘플의 pH 의존 흥분 266에서 시 얼굴에 빛의 nm. 산도 그래서 h 조2어 금 니 농도에서 계산 했다4, HCl, NaOH. 이 그림 표시 캐리어 수명 의존도 pH 수성 솔루션; 따라서, 낮은 pH 캐리어 수명에 더 많은 효과 할 것입니다.

표면 재결합 속도 S 계산 τ를 재현 하는 샘플에 사용 되는1/e . 초과 사업자의 감퇴 모델 심판에 보고 되었습니다. 2와 3입니다. Dn(x, t) 과잉 캐리어 농도 얻으려면, 다음 연속성 방정식 해결 되었다. 여기, Dn(x, t)는 시간 t 와 깊이 x 반도체 레이어;의 기능으로 정의 된 따라서,

Equation 7(6)

어디 τB 쇼클리-읽기-홀 (SRH) 재결합으로 인해 대량 평생, D ambipolar 확산 계수, B 는 방사선 재결합 계수 이며 C 는 오제 재결합 계수입니다.

흥분 하 고 다른 표면에서 경계 조건 방정식 7에 의해 주어진 했다.

Equation 8그리고 Equation 9 (7)

어디 S0SW 는 흥분의 표면 재결합 속도 및 다른 표면, 각각, 표시 및 W 레이어 두께입니다.

또한, 조명 빛 펄스를 사용 하 여 초기 과잉 캐리어 농도 프로필 방정식 8을 사용 하 여 표현 될 수 있습니다.

Equation 10(8)

g0 가 캐리어 농도 x = 0 및 흡수 계수는 이다.

공식 6 경계 조건 방정식 7 및 공식 8 제공 초과 캐리어 감퇴 곡선의 초기 상태를 사용 하 여 해결 합니다. 과정에서 Sτ를 비교 하 여 견적 되었다1/전자 실험에서와 계산된 감퇴 곡선에서 얻은. 최소 제곱 피팅 실험 τ1/e 사이의 오류 최소화 모든 조건 및 계산된 τ1/e 매개 변수 S0, Sw,τB.

공식 6 캐리어 재결합은 다양 한 부패 구성 요소, 즉, 표면, SRH, 복사, 및 송곳의 합계 같이 recombinations, 주목할 만한 높은 캐리어 밀도가지고 마지막 2. 다른 한편으로, SRH 재결합 포인트 결함에 반도체 밴드 갭 에너지 레벨을 형성 하는 반도체 재료의 대량에서 전위에 따라 다릅니다. 에너지 레벨 원자가 전도 밴드 사이의 캐리어 전환 위한 디딤돌 역할을 합니다.

m-PCD는 또한 높은 주입 조건에서 비선형을 보여줍니다 하 고 캐리어 평생13,,2526를과 대 평가. 그림 8 높은 여기 조건 하에서 측정 된 m PCD를 보여줍니다. 1015 cm−2 의 주입 된 광자 밀도 대 한 감퇴 곡선 되었다 더 점진적 1014 cm−2, 전자 레인지 비선형 성 때문에의 광자 밀도 비해 note. 또한, 그림 3, 그림 4와 그림 6 에 표시 된 측정 예 8 x 1013 cm−2 무시할 수 전자 레인지 비선형 성, 그리고 송곳 그리고 복사의 주입 된 광자 밀도 획득 했다 recombinations 하지만 지배적인 SRH 그리고 표면 recombinations입니다.

그림 6 참조, 파선 하 여 얼굴에 대 한 n-타입 4 H-SiC는 Si-266 nm 빛, 흥분 감퇴 곡선 계산 예시를 취할 수 있습니다 어디 τB = 3 μ S 시 얼굴 S 에 대 한 = 200 c m/s 또는 700 c m/s . S 설정이 모두 실험 감퇴 곡선 중립 ph에서 측정 (공기, 1 M 나2이렇게4) 산 성 조건에서 (1 M H24), 각각, 했다 잘 재현, 그의 S를 의미 N-타입 4 H-SiC significantly 수소 패 시-얼굴에 표면 상태 신랄 한 수성 해결책에서 200 cm/s 700 c m/s에서 감소에 대 한 .

Figure 1
그림 1: μ PCD 장치 회로도. 레이저 빛의 일부는 반 반사 거울에 의해 반영 된다. 반사 레이저는 광다이오드에 의해 감지 되 고는 포토 다이오드에서 나오는 신호 오실로스코프에 대 한 트리거로 사용 된다. 전자 레인지는 circulator;에 의해 구부러진 방향에 Gunn 다이오드에서 생성 그리고 전자 레인지는 조리개를 통해 샘플을 조사 합니다. 샘플에서 반사 된 마이크로웨이브가 돌아온다 조리개 하 고는 circulator에 쇼트 키 배리어 다이오드에서 감지 하는 있는. 마지막으로, 쇼트 키 배리어 다이오드에서 나오는 신호는 오실로스코프로 관측 된다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 2
그림 2:는 E-H 튜너의 실패 한 튜닝 μ-PCD 신호. 아니 측정 피크 실패 한 튜닝에 대 한 관찰 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 3
그림 3: 266 여 시-얼굴에 여기 n-타입 4 H-SiC 샘플 μ PCD 감퇴 곡선 공기에 nm. 펄스 레이저 번에 반구 = 0 s는 최대 신호 강도입니다. 이 그림은 권한이 있는 이치카와 외.11 에서 수정 되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 4
그림 4: 266 여 시-얼굴에 여기 n-타입 4 H-SiC 샘플에 대 한 정규화 된 μ-PCD 감퇴 곡선 공기에 nm. 그림 2에서 감퇴 곡선의 최대 값은 단결으로 정규화 됩니다. 점선의 값은 1/e, 그리고 τ1/e 는 약 0.34 μ와 같이. 이 그림은 권한이 있는 이치카와 외.11 에서 수정 되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 5
그림 5: 석 영 셀에서 수성 해결책에서 μ-PCD 측정 이미지. 석 영 셀 용액에서 μ-PCD 감퇴 곡선 측정 수 있도록 조리개 앞 스탠드에 배치 됩니다. 셀 크기는 5 m m x 20 m m x 40 m m (길이 x 너비 x 높이). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 6
그림 6: 정규화 및 266 여 시-얼굴에 여기 n-타입 4 H-SiC 샘플 μ-PCD 감퇴 곡선 계산 nm, 공기와 수성 해결책에서. 실선 나타냅니다 μ PCD H2O의 수성 솔루션에 대 한 실험 결과 곡선, H2이렇게4, HCL, 나24, NaOH, 또는 HF. 점선된 라인은 epilayers, τB 의 대량 캐리어 수명 계산된 커브 시-얼굴, S 3 μ s, 그리고 표면 재결합 속도 = = 200 c m/s 또는 700 c m/s. 이 그림은 권한이 있는 이치카와 외.11 에서 수정 되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 7
그림 7: τ1/e 의 pH 의존에 대 한 266 여 시-얼굴에 여기 샘플 n-타입 4 H-SiC nm. 수성 해결책의 감소 pH로 캐리어 수명 증가 합니다. 이 결과 낮은 pH 캐리어 수명에 더 효과 있을 것 이다 나타냅니다. 이 그림은 권한이 있는 이치카와 외.11 에서 수정 되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 8
그림 8: μ PCD 감퇴 곡선 n-타입 4 H-SiC의 10의 주입 된 광자 밀도의 여기14 또는 266 여 시 얼굴에 1015 cm−2 nm. 1015 cm−2 의 광자 밀도에서 높은 여기 측정 전자 레인지 반사도의 비선형 성 때문에 낮은 광자 밀도 보다 더 점진적인 감퇴 곡선을 만드는. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Discussion

Μ-PCD 프로토콜 단계 4.7에서는 가장 중요 한 포인트입니다. E-H 튜너는 각각 E와 H 비행기에 움직이는 단락 회로와 통합 되었다. 따라서, 전자 튜너 또는 H 튜너의 단락 회로 이동 진폭과 반사 된 마이크로웨이브의 위상 변화와 신호 진폭을 극대화. 튜닝 감퇴 곡선의 파형에 큰 영향이 있으며, 엄격 하 게 수행 해야 합니다. 약한 신호 강도가 어디 튜닝 어려울 수 있습니다, 경우 평균 조정의 몇 수만 사용할 수 있습니다. 튜닝 하지 못했습니다, μ-PCD 감퇴 커브는 관찰; 오실로스코프의 잡음 신호만 관찰 된다. 그림 2 는 이러한 경우 오실로스코프 파형을 보여준다.

으로 낮은 전도도 제한이 높은 저항 샘플을 측정 하는 것이 쉽습니다. 샘플 저항력은 낮은 때 또는 때 샘플 두께, 전자 레인지의 피부 효과 무시할 수 없습니다. 마이크로파의 전기장 강도 1/e 번까지 거리를 피부 깊이 라고 Equation 11 는 수식 9에 의해 표현 된다:

Equation 12(9)

여기서 ω는 각진동수는 전자 레인지의 고 ε, ρ, μ 샘플의 유전율, 저항력, 그리고 침투성, 각각 나타냅니다. Si 및 SiC, 10 GHz 전자 레인지에 대 한 대략적인 δ 값 50 Ω∙cm, 10 Ω∙cm, 1 Ω∙cm에서 500 μ m와 0.1 Ω∙cm에서 150 μ m에서 2 mm에서 9 mm 이었다. 따라서, 일반적인 두께 (몇 백 미크론) 미만 0.1 Ω∙cm에서 샘플에 대 한 측정 δ 정확성을 잃게 됩니다. 다른 한편으로, 전자 레인지와 광학 방사선은이 프로토콜에서 웨이퍼의 반대에서 사건. 피부 효과 무시할 수는 더 나은 전자 레인지와 같은 측면에서 광학 방사선을 나타냅니다.

낮은 한계 저항 및 전자 레인지와의 상호 작용에서 발생 하는 샘플의 두께에 따라 달라 집니다. 높은 저항 샘플에 대 한 과잉 캐리어의 전형적인 낮은 한계 1012 cm− 3의 순서는 이다. 다른 한편으로, 구멍 전자-산란 고려 되어야 한다 초과 사업자에 1016 cm− 3, 보다 큰 참고 13에 설명 된 대로.

식 (3)의 유효13,,2526 을 잃을 것 이다 μ-PCD 감퇴 곡선 높은 여기 밀도 과잉 캐리어 농도에 전자 레인지 반사도의 unproportionality 때문에 부드러운 되었다 그리고 τ1/e 과 대 평가 될 것 이다. 그림 8 표시 화학의 μ-PCD 감퇴 곡선 표면 처리 n-타입 4 H-SiC 266 여 시-얼굴에 여기 연마 기계 높은 자극 강도에서 nm.

또한, 시간 해상도 측정 기구는 여기 소스, 오실로스코프, 증폭기 등의 성능에 따라 달라 집니다. 예를 들어이 연구 기구 구성 되어 펄스 레이저의 펄스 폭 1의 여기 소스와 500 MHz의 주파수 대역을 갖는 오실로스코프 ns. 따라서, 최소 측정 수명 추정 되었다 2 ns.

앞에서 설명 했 듯이, μ-PCD는 Si 등 반도체의 특성에 대 한 매우 유용 합니다. 그럼에도 불구 하 고, 응용 프로그램 확장할 수 있습니다 다른 자료 예를 들어, 티 오227,,2829,30를 포함 하 여 광 물자에서.

또한, μ-PCD, 외 TR-PL2 와 TR FCA는 이전 섹션에서 소개는 다른 두 명의 캐리어 수명 측정 기법. TR-PL TR FCA 변경 시간을 관찰 하는 동안 photoluminescence 시간 변경 캐리어 재결합으로 인 한 관찰 조사의 빛 흡수4. 특히, 무료 캐리어 흡수 때 에너지 밴드 갭 캐리어 여기3중 반구 보다 작은 빛을 발생 합니다. 그럼에도 불구 하 고,이 두 가지에 비해, μ-PCD 직접 관찰 전기 전도도 전자 레인지에 의해 하 고 높은 표면 거칠기 및 신호 감도, 반도체 장치 응용 프로그램에 대 한 캐리어 수명 측정을 위한 이상적인 방법을 만들고 있다.

Disclosures

저자는 공개 없다.

Acknowledgments

이 작품은 나고야 기술 연구소, 일본에 의해 지원 되었다.

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).
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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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