Login processing...

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

Engineering

Transportør levetid målene på halvledere gjennom metoden mikrobølgeovn Photoconductivity forfall

doi: 10.3791/59007 Published: April 18, 2019

Summary

Som en av viktige fysiske parametere i halvledere måles bærer levetid her via en protokoll ansette metoden mikrobølgeovn photoconductivity forfall.

Abstract

Dette arbeidet presenterer en protokoll ansette mikrobølgeovn photoconductivity forfall (μ-PCD) for måling av transportøren levetiden i halvleder materiale, spesielt SiC. I prinsippet overflødig operatører i halvleder generert via eksitasjon recombine med tid og deretter returnere til likevekt tilstand. Tiden konstant for denne rekombinasjon kalles carrier levetiden, en viktig parameter i halvleder materiale og enheter som krever en noncontact og destruktiv måling ideelt oppnås ved μ-PCD. Under bestråling av et utvalg, er en del av mikrobølgeovn reflektert av halvleder utvalget. Mikrobølgeovn refleksjon, avhenger av prøven ledningsevne, som er tilskrevet bærere. Derfor kan tiden forfallet av overflødig bærere observeres gjennom oppdagelsen reflektert mikrobølgeovn intensitet, som forfallet kurve kan bli analysert for estimering av transportøren levetiden. Resultatene bekrefter hensiktsmessigheten av μ-PCD protokollen måle carrier levetiden i halvleder materiale og enheter.

Introduction

Overflødig operatører i halvledere er optisk begeistret av injeksjon av fotoner energi større enn gapet mellom ledning og valence band. Glade overflødig bærere, deretter forsvinner ved et elektron-hull rekombinasjon i en tidskonstant kjent som bærer levetid, som sterkt påvirker ytelsen av halvleder utstyr under drift. Som en av den viktige parametere for halvleder utstyr og materialer, bærer levetiden er svært følsomme for tilstedeværelsen av disse utførelsesmessige, og krever en praktisk metode for evaluering. J. Warman og M. Kunst utviklet en forbigående teknikken de kalte tiden løst mikrobølgeovn ledningsevne (TRMC), som innebærer mikrobølgeovn absorpsjon å følge kostnader bærer dynamikk i halvledere1. Andre forskere foreslått forbigående Foto ledningsevne (TPC), ellers kjent som mikrobølgeovn photoconductivity forfall (μ-PCD), som er den allment vedtatte materiale kvalifisering teknikken på halvledere på grunn av sin noncontact og ikke-ødeleggende målinger av transportøren levetiden. Spesielt for silisiumkarbid (SiC), tre store teknikker er gjeldende: μ-PCD, tid løst photoluminescence (TR-PL), og tid løst gratis transportør absorpsjon (TR-FCA)2,3,4,5 ,6,7. Blant disse teknikkene er μ-PCD den mest ansatt fordi forhold til to andre som det utstillinger overflateruhet insensitivitet (dvs. målbare for enhver ulike overflaten råhet8,9,10 ) og høy signal følsomhet for glade operatører (dvs. med en optimal mikrobølgeovn komponent). Generelt har μ-PCD vært foretrukket for carrier levetid måling i SiC og andre halvleder materiale2,5,6,11,12,13 ,14,15,16,17,18,19.

Måling protokollen og prinsippet μ-PCD1,20,21 er beskrevet her. I prinsippet bruker den reflektert mikrobølgeovn som en sonde. Her, er mikrobølgeovn refleksjon av en prøve R(σ) tilsvarende forholdet mellom reflektert mikrobølgeovn intensiteten P(σ) og hendelsen mikrobølgeovn intensitet Pi som uttrykt av Formel 1:

Equation 1(1)

Ved bestråling av en puls laser, ledningsevne et eksempel σ endres til σ + Δσ; likeledes, R (σ) transformeres til R(σ + Δσ). Dermed ΔR er gitt av ligningen 2:

Equation 2(2)

I en forstyrrelsene (liten Δσ) tilnærming, er R(σ + Δσ) utviklet i Taylor-rekker å gi

Equation 3(3)

mens Δσ blir

Equation 4, (4)

der q er elementære kostnader, μp er hull mobilitet, μn er elektron mobilitet og Δp er overflødig carrier konsentrasjonen. Fra foregående formlene,Equation 5ΔR og Δp er relatert ved

Equation 6. (5)

Avhengigheten av mikrobølgeovn refleksjon på overflødig carrier konsentrasjon kan μ-PCD å observere tiden forfallet av overflødig operatører, som vi kan bruke til å beregne carrier levetiden av halvleder materiale.

Protocol

1. utarbeidelse av prøven

  1. Forberede en n-type 4H-SiC epilayer (Tabell for materiale).
  2. Vask prøven med aceton og deretter med vann, for 5 min, ved hjelp av en
  3. ultralyd skive.
  4. Bruk en nitrogen pistol for å fjerne fuktighet på prøven overflaten.

2. forberedelse av vandige løsninger

  1. Forberede 1 M hver av H24, HCl, Na2SO4, NaOH eller HF på 1 wt % konsentrasjon. Velg og forberede en vandig løsning som skal måles.
  2. Forberede en kvarts celle med 5 mm (lengde) x 20 mm (bredde) x 40 mm (høyde) dimensjoner og og hell i vandig løsning i den. Forberedt prøven inn cellen og deretter dyppe den i vandig løsningen.
    Merk: minst 4 mL av vandig løsningen i kvarts cellen kreves for prøve å være helt nedsenket. Når du endrer løsningen, rengjøring behandle prøven med ultralyd med aceton og rent vann.

3. forberedelse av måleutstyr

  1. Slå på strømforsyningen av 266-nm pulsed laser å opphisse lyskilden. Etterpå satt laser modus i ventemodus.
  2. Koble pulsed laser og en oscillator gjennom en bajonett Neill-Concelman (BNC) kabel. Slå på oscillator og inngang en 100 Hz pulsen bølge til pulsed laser.
  3. Koble en photodiode for utløser oppkjøpet gjennom en utløser input kanal i oscilloskop med BNC kabel.
  4. Slå på strømforsyningen til photodiode.
  5. Irradiate pulsed laser og plasser blenderåpning av mikrobølgeovn waveguide på den optiske banen av laserlys på retning vanlig lys.
    Advarsel: I sistnevnte prosessen, eksperimentator bør ha sikkerhet briller under laser irradiation.
  6. Installere en halv-speilet på den optiske banen av pulsed laser, som vist i figur 1, og gjenspeiler den pulserende laseren i photodiode.
  7. Slå på oscilloskop og deretter sette sin utløser terskelen til en spenning nok å signal fra photodiode.
    Merk: Terskelverdien kan være satt mindre enn toppen av utløseren. Når en utilsiktet reflektert lys inn i photodiode, viser oscilloskop en frekvens som skiller seg sterkt fra pulsed laser frekvensen. I dette tilfellet Gjenta trinn 3.6.
  8. Sjekk den utløser frekvensen med et oscilloskop og tune oscillator nøyaktig.
  9. Sette laser modus i ventemodus.
  10. Koble en Schottky barriere diode i en mikrobølgeovn waveguide for reflektert mikrobølgeovn gjenkjenning og en signal inn kanal oscilloskop, gjennom en BNC-kabel.
  11. Bruke en 9.5 V driftsspenning til en Gunn diode.
  12. Plass kvarts cellen (trinn 2.2) på står foran blenderåpning så nær som mulig. Fikse med tape.

4. måling og lagre data

  1. Slå på laser lys oscillation og irradiate lyset til prøven.
  2. Plass en halv-waveplate (λ/2), en polarisator og en strømmåler på den optiske banen (figur 1).
  3. Irradiate pulsed laser å makt meter, som vist i figur 1. Sjekk eksitasjon intensiteten av laser.
  4. Justere λ/2 vinkelen for kontroll av eksitasjon intensiteten.
    Merk: λ/2 endres polariseringsretning av laserlys, mens polarisatoren overfører bare én lys polariseringsretning, gjennom hvilke eksitasjon intensitet er kontrollert. Injisert Foton tettheter er satt til 8 x 1013 cm2 og 266-nm laser, eksitasjon carrier tettheten i 4 H-SiC 4.5 x 1017 cm−3.
  5. Fjern makt meter fra den optiske banen.
  6. Justere tid/div og V/div i oscilloskop slik at peak signalet vises på oscilloskop.
  7. Justere amplitude og fase av mikrobølgeovn gjennom en E-T-tuneren. Kontroller oscilloskop og ser for E-H mottakeren hvor toppen signalet er på maks. Ikke justering av eh tuner resulterer i tap av signalstyrke, som vist i figur 2.
    Merk: En forsterker brukes til å styrke forfall signalet ved tilstrekkelig store signal i forhold til bakgrunnsstøy eller når det ikke observert aften etter innstillings E-H tuner. Forsterkeren plasseres mellom Schottky barriere diode og signal inn kanalen av oscilloskop med BNC kabel, som vist i figur 1.
  8. Gjenta 4.6 og 4.7 å fullføre tuning.
  9. Juster tid/div av oscilloskop og skissere en forfallet kurve i mål-området i oscilloskop.
  10. Gjennomsnittlig signalet for et vilkårlig antall ganger å forbedre signal-til-støy-forhold.
  11. Lagre måledataene som en elektronisk fil til en minne og deretter fjerne den fra oscilloskop.

5. databehandling

  1. Importere signal dataene til en personlig datamaskin.
  2. Tegne forfall kurver innhentet fra eksperimentet som en funksjon av tid.
  3. Beregne gjennomsnittsverdien av bakgrunnen støynivå, trekke det fra forfall signalet og tegne det som en funksjon av tid.
  4. Finne toppen av forfall fikk i trinn 5.3 og deretter dele signalet forfallet av toppverdien.

Representative Results

Figur 1 viser en skjematisk diagram av μ-PCD apparater som består av en 10 GHz-frekvensen for mikrobølgeovn, X waveguide band og en rektangulær waveguide. Mikrobølgeovn var fokusert av dobbel ridge waveguide og bestrålt på prøven. Gunn diode utgangseffekt var 50 mW og fase støy var nesten-80 dBc/Hz.

Figur 3 viser den μ-PCD forfallet kurven en 100 μm tykke n-type 4 H-SiC prøve spent på Si-ansiktet av 266 nm i luften; Μ-PCD signal (V) skalert logaritmisk var den avhengige variabelen (μs) var den uavhengige variabelen. Signalet spenning toppen var ca 0.046 V før forsterkning. Videre var observert spenningen av likestrøm (DC) komponenten av reflektert mikrobølgeovn fra oscilloskop DC modus av flere volt. Som rekombinasjon overflødig bærere kommet med tid, redusert prøvens ledningsevne og mikrobølgeovn refleksjon.

Figur 4 viser den normaliserte μ-PCD forfallet kurven Figur 3. Normalisering kan sammenligning av tid konstantene med forskjellige topp intensiteter. Transportør levetid anslag basert på forfallet kurve utføres vanligvis med 1/e levetid τ1/e parameteren som angir den tiden som er brukt for å få signal intensitet reduseres fra toppen 1/e (~ 0.368). Merk at μ-PCD forfall var ikke en enkelt eksponentiell og τ1/e var påvirket av både bulk og overflate rekombinasjon. Men nødvendiggjort sammenligne tiden konstant prøver å ha forskjellige tykkelse eller overflate tilstand en referanse-parameter. Bruk av τ1/e var praktisk gitt god signal-til-støy forholdet på den første delen av forfallet kurve og enkelheten av dataanalyse. Å karakterisere den μ-PCD signal, pause liv, I40/jegMaks, og kD konstant også vedtatt slike parametre22,23,24. Faktisk τ1/e ble vedtatt i SEMI-standarden: SEMI MF 15358 som standard for carrier levetid måling av Si. Av forfallet kurve i Figur 4var τ1/e ca 0.34 μs.

I figur 5, kvarts-cellen inneholder vandig løsningen og med prøven på sin vegg, ble plassert på står foran blenderåpning11. Hver intensiteten av bestrålt mikrobølgeovn og reflektert mikrobølgeovn fra prøven, samt μ-PCD signal-til-støy forholdet, var avhengig av avstanden mellom prøven og blenderåpning, som ideelt sett bør være så nær som mulig. Den faktiske målingen var avstanden oppnådd så nær som mulig; måling ved hjelp av quartz cellen gitt en avstand på 0,5 mm, som var den samme som tykkelsen av kvarts celle glasset.

Figur 6 viser μ-PCD forfall kurver av n-type 4 H-SiC i luften og i vandige løsninger. Excitation lys av 266 nm var irradiated mot Si-4H-SiC. Vandige løsninger brukes hadde konsentrasjoner som nevnt tidligere, som følger: 1 M hver av H2SO4, HCl, Na2SO4, eller NaOH eller 1 wt % av HF. Tiden konstant decay kurver var lenger med prøven oppslukt i de Sure vandige løsningene (dvs. H2SO4, HCl eller HF), antyde at syrlig løsninger paddivert overflaten stater i Si-ansiktet og reduserte overflaten rekombinasjon av overflødig bærere.

Figur 7 viser pH avhengigheten av τ1/e på n-type 4 H-SiC utvalget spent på Si-ansiktet på 266 nm lys. PH ble beregnet fra molar konsentrasjonen av H24, HCl og NaOH. Dette tallet indikerte carrier levetid avhengigheten av pH vandige løsninger; Derfor ville lavere pH ha flere effekter på transportør levetiden.

Overflaten rekombinasjon hastighet S ble beregnet for å reprodusere τ1/e brukt for prøvene. Forfall modell av overflødig bærere har rapportert refs. 2 og 3. For å få overskudd carrier konsentrasjonen Dn(x, t), ble følgende kontinuitet ligningen løst. Her er Dn(x, t) definert som en funksjon av tiden t og dybde x i en halvleder lag; dermed

Equation 7, (6).

hvor τB er bulk levetid på grunn av Shockley-Les-Hall (SRH) rekombinasjon, Den er ambipolar diffusjon koeffisient, B er stråling rekombinasjon koeffisient og C er den Auger rekombinasjon koeffisient.

På overflaten glade og andre ble betingelser gitt av ligningen 7:

Equation 8og Equation 9 (7)

hvor S0 og SW betegne overflaten rekombinasjon hastigheten av spente og andre overflater, henholdsvis og W er laget tykkelsen.

Videre kan første overflødig carrier konsentrasjon profilen med lys pulsen belysning uttrykkes ved hjelp av ligningen 8:

Equation 10(8)

hvor g0 er bærer konsentrasjon x = 0 og en er absorpsjon koeffisient.

Løse likning 6 ved å bruke betingelsene ligningen 7 og første tilstanden til ligningen 8 gitt overflødig transportør karies kurver. I prosessen, S ble beregnet ved å sammenligne τ1/e innhentet fra eksperimenter og beregnede forfall kurvene. Minste kvadraters passende minimert feil mellom den eksperimentelle τ1/e i alle forhold og den beregnede τ1/e med parametere S0, Sw, og τB.

Som avbildet i ligningen 6 carrier rekombinasjon er summering av ulike forfall komponenter, nemlig overflaten, SRH, strålingspådriv, og Auger recombinations, de to siste har bemerkelsesverdig høy carrier tetthet. På den annen side, avhenger SRH rekombinasjon punkt defekter og dislokasjoner i hoveddelen av halvledermaterialet som energinivå semiconductor bandet gapet. Energinivået fungere som for carrier overgang mellom bandene valence og gjennomføring.

m-PCD også viser nonlinearity på en høy injeksjon tilstand og overvurderer carrier levetid13,25,26. Figur 8 viser den målte m-PCD under en høy eksitasjon tilstand. Merk at forfallet kurve for en injisert Foton tettheten av 1015 cm2 ble mer gradvis forhold for Foton tettheten av 1014 cm2, på grunn av mikrobølgeovn nonlinearity. Videre ble på måling eksemplene som vises i Figur 3, figur 4, og figur 6 oppnådd for en injisert Foton tetthet 8 x 1013 cm2 resulterer i ubetydelig mikrobølgeovn nonlinearity, og kvernen og strålingspådriv recombinations men dominerende SRH og overflaten recombinations.

Figur 6 kan tas formidle forfallet kurve beregninger for n-type 4 H-SiC Si-ansikt opphisset av 266 nm lys, slik de stiplede linjene, der τB = 3 μs og S for Si-ansikt SSi = 200 cm/s eller 700 cm/s . For både SSi innstillinger, eksperimentelle forfallet kurve målt i nøytral pH (luft, 1 M Na24) og sure tilstanden (1 H M2SO4) henholdsvis var godt gjengitt, noe som betydde at S Si for n-type 4 H-SiC significantly redusert fra 700 cm/s til 200 cm/s i surt vandige løsninger som hydrogen passivated overflaten statene i Si-ansiktet.

Figure 1
Figur 1: skjematisk diagram μ-PCD enheten. En del av laserlys gjenspeiles av halv-refleksjon speilet. Den gjenspeiles laseren oppdages av photodiode, og en signalet fra photodiode brukes som en utløser for oscilloskop. Mikrobølgeovn genereres fra Gunn dioden i retning bøyd av Sirkulator; deretter mikrobølgeovn går gjennom blenderåpning og irradiates prøven. Reflektert mikrobølgeovn fra eksempel kommer tilbake til blenderåpning og inn Sirkulator, der det er oppdaget av Schottky barriere diode. Til slutt, signalet fra Schottky barriere diode er observert av oscilloskop. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2: den Μ-PCD signalet for en mislykket tuning eh mottaker. Ingen målbar peak er observert en mislykket tuning. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3: μ-PCD forfallet kurve for n-type 4H-SiC prøven med eksitasjon i Si-ansiktet av 266 nm i luft. Pulsed laser er bestrålt gangen = 0 s som er signalet intensiteten på maks. Dette tallet er endret fra Ichikawa et al.11 med tillatelser. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4: normalisert μ-PCD forfallet kurve for n-type 4H-SiC prøven med eksitasjon i Si-ansiktet av 266 nm i luft. Maksimumsverdien for forfallet kurve i figur 2 er normalisert Unity. Verdien av den stiplede linjen er 1/e τ1/e er omtrent 0.34 μs som avbildet. Dette tallet er endret fra Ichikawa et al.11 med tillatelser. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5: bilde av μ-PCD måling i en vandig løsning i en kvarts celle. Kvarts cellen plasseres på står foran blenderåpning tillate μ-PCD forfallet kurve måling i en vandig løsning. Cellen dimensjonen er 5 mm x 20 x 40 mm (lengde x bredde x høyde). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 6
Figur 6: normalisert og beregnet μ-PCD forfall kurver for n-type 4H-SiC prøven med eksitasjon i Si-ansiktet av 266 nm, i luften og vandige løsninger. Solid linjene representerer den μ-PCD eksperimentelle resultatet kurver for vandige løsninger av H2O, H24, HCL, Na2SO4, NaOH eller HF. De stiplede linjene er beregnet kurver med bulk carrier levetid i epilayers, τB = 3 μs og overflate rekombinasjon hastigheten for Si-ansikt, SSi = 200 cm/s eller 700 cm/s. Dette tallet er endret fra Ichikawa et al.11 med tillatelser. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 7
Figur 7: pH avhengigheten av τ1/e for n-type 4 H-SiC prøve med eksitasjon i Si-ansiktet av 266 nm. Transportør levetid øker som pH i vandig løsning fellingene. Resultatet indikerer at lavere pH har flere effekter på transportør levetiden. Dette tallet er endret fra Ichikawa et al.11 med tillatelser. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 8
Figur 8: Den μ-PCD forfallet kurven n-type 4H-SiC med magnetisering av injisert Foton 1014 eller 1015 cm2 på Si-ansiktet av 266 nm. Måling med høy magnetisering på Foton tetthet av 1015 cm2 gjør en mer gradvis forfallet kurve enn med lavere Foton tetthet på grunn av nonlinearity av mikrobølgeovn Reflektivitet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Discussion

Den μ-PCD-protokollen er trinn 4.7 det viktigste punktet. Den E-T-tuneren ble innlemmet med en bevegelig kortslutning i E og H fly, henholdsvis. Derfor flytter kortslutning E tuner eller H tuner endrer amplitude og fase av reflektert mikrobølgeovn og maksimerer signal amplituden. Tuning har stor innflytelse på bølgeform forfallet kurve og må utføres strengt. I et svakt signalstyrke der tuning kan være vanskelig, kan noen titalls tuning gjennomsnitt brukes. For mislyktes tuning er μ-PCD forfall kurvene ikke observerbare; bare støyen signalet av et oscilloskop er observert. Figur 2 viser oscilloskop bølgeform i et slikt tilfelle.

Det er enkelt å måle svært resistiv prøver som det er ingen nedre ledningsevne grense. Når prøven resistivitet er lav eller når prøven er tykke, er hud effekten av mikrobølgeovn ikke ubetydelig. Avstanden til elektrisk felt intensiteten av mikrobølgeovn blir 1/e ganger omtales som huden dybde Equation 11 , som er uttrykt ved ligningen 9:

Equation 12(9)

der ω er kantete frekvensen av mikrobølgeovn og ε, ρog μ representerer prøvens dielektrisk konstant resistivitet og permeabilitet, henholdsvis. Si og SiC, tilnærmet ses verdier for 10 GHz mikrobølgeovn var 9 mm på 50 Ω∙cm, 2 mm på 10 Ω∙cm, 500 μm på 1 Ω∙cm og 150 μm på 0,1 Ω∙cm. Derfor mister mål for prøver med typiske tykkelser (flere hundre mikron) på mindre enn 0,1 Ω∙cm ses nøyaktighet. På den annen side, er mikrobølgeovn og optisk stråling hendelsen fra motsatt av kjeks i denne protokollen. En ubetydelig huden effekt angir bedre mikrobølgeovn og optisk stråling fra samme side.

Nedre grensen avhenger av resistivitet og tykkelsen på utvalget som følge av dets interaksjon med mikrobølgeovn. For svært resistiv prøver er typisk lavere grensene for overflødig operatører på 1012 cm−3. På den annen side, må elektron-hull spredning vurderes på overflødig bærere større enn 1016 cm−3, som beskrevet i ref. 13.

Μ-PCD forfall kurvene ble forsiktig på høy eksitasjon tetthet på grunn av unproportionality av mikrobølgeovn Reflektivitet til overmål carrier konsentrasjonen slik at ligningen (3) ville miste sin gyldighet13,25,26 og τ1/e ville bli overvurdert. Figur 8 viser den μ-PCD forfallet kurven en kjemisk mekanisk polering overflatebehandling n-type 4 H-SiC med eksitasjon i Si-ansiktet av 266 nm under høy eksitasjon intensitet.

Videre tid oppløsning, avhenger av ytelsen til måling apparatet som en excitation kilde, et oscilloskop og en forsterker. For eksempel i denne studien apparatet bestod av en pulsed laser med pulsbredde 1 ns excitation kilde og et oscilloskop har en frekvensbåndet for 500 MHz. Følgelig målbare Minimumslevetiden ble anslått til 2 ns.

Som nevnt tidligere, er μ-PCD svært nyttig for karakteristikk av halvledere som Si. Likevel kan sin søknad utvides til andre materialer, for eksempel i fotoaktive materiale inkludert TiO227,28,29,30.

Videre bortsett fra μ-PCD er TR-PL2 og TR-FCA introdusert på de tidligere delene de andre to bærer levetid måling teknikkene. TR-PL observerer tid endring av photoluminescence forårsaket av transportøren rekombinasjon mens TR-FCA observerer tid endre av sonden lys absorpsjon4. Spesielt oppstår gratis transportør absorpsjon når lys energi mindre enn bandet gapet er bestrålt i løpet av transportøren eksitasjon3. Likevel, i forhold til disse to, μ-PCD direkte observerer elektrisk ledningsevne av mikrobølgeovn og har en høy overflateruhet og signal følsomhet, gjør det mer perfekt metoden for carrier levetid måling for semiconductor enhet søknader.

Disclosures

Forfatterne ikke avsløre.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble støttet av 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).
Transportør levetid målene på halvledere gjennom metoden mikrobølgeovn Photoconductivity forfall
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