Login processing...

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

Engineering

Medições de tempo de vida transportadora em semicondutores através do método de decaimento de Fotocondutividade de microondas

doi: 10.3791/59007 Published: April 18, 2019

Summary

Dentre os parâmetros físicos importantes em semicondutores, tempo de vida do portador é medido aqui através de um protocolo que emprega o método de decaimento de Fotocondutividade de microondas.

Abstract

Este trabalho apresenta um protocolo empregando o decaimento de Fotocondutividade de microondas (μ-PCD) para medir o tempo de vida do portador em materiais semicondutores, especialmente SiC. Em princípio, as transportadoras em excesso no semicondutor gerado através da excitação recombinam com o tempo em, posteriormente, retornam ao estado de equilíbrio. A constante de tempo desta recombinação é conhecida como o ciclo de vida de portador, um parâmetro importante em dispositivos e materiais semicondutores que requer uma medição sem contacto e não destrutiva, idealmente conseguida a μ-PCD. Durante a irradiação de uma amostra, uma parte do microondas é refletida pela amostra do semicondutor. Reflectância de microondas depende da condutividade da amostra, que é atribuída às transportadoras. Portanto, a decadência do tempo das transportadoras em excesso pode ser observada através da detecção da intensidade refletida microondas, cuja curva de decaimento pode ser analisada para a estimativa de tempo de vida do portador. Resultados confirmam a adequação do protocolo μ-PCD em medir o tempo de vida do portador em dispositivos e materiais semicondutores.

Introduction

Transportadoras em excesso em semicondutores são opticamente animadas pela injeção de fótons com energia maior do que o fosso entre as bandas de condução e Valência. Animado as transportadoras em excesso, em seguida, desaparecerem por uma recombinação elétron-buraco dentro de uma constante de tempo conhecida como o tempo de vida do portador, que afeta bastante o desempenho de dispositivos semicondutores, durante a operação. Como um dos parâmetros importantes para dispositivos semicondutores e materiais, o tempo de vida do portador é muito sensível à presença de defeitos com estes materiais e ainda requer um método conveniente de avaliação. J. Warman e M. Kunst desenvolveram um transeunte técnica nomearam o tempo resolvidos condutividade de microondas (TRMC), que envolve absorção de microondas para acompanhar a dinâmica de transportadora de carga em semicondutores1. Outros pesquisadores propuseram a condutividade de foto transitória (TPC), também conhecida como o decaimento de Fotocondutividade de microondas (μ-PCD), que é a técnica de qualificação material comumente adotado em indústrias de semicondutores devido a sua sem contacto e ensaios não destrutivas medições de tempo de vida do portador. Em particular, de carboneto de silício (SiC), três principais técnicas são aplicáveis: µ-PCD, tempo resolvido fotoluminescência (TR-PL) e tempo resolvidos franco transportador absorção (TR-FCA)2,3,4,5 ,6,7. Entre estas técnicas, µ-PCD é o mais amplamente empregado porque em comparação com os outros dois como exibe insensibilidade de rugosidade da superfície (isto é, mensurável por qualquer dado vários superfície rugosidade8,9,10 ) e sensibilidade de sinal elevado para as transportadoras animadas (ou seja, usando um componente de microondas ideal). Em geral, µ-PCD tem sido preferido para a medição de vida do portador em SiC e outros semicondutores materiais2,5,6,11,12,13 ,14,15,16,17,18,19.

O protocolo de medição e princípio de μ-PCD1,20,21 está detalhada aqui. Em princípio, ele usa um microondas refletido como uma sonda. Aqui, a reflectância de microondas de uma amostra de R(σ) é equivalente à relação entre a intensidade de microondas refletidas P(σ) e o incidente de microondas intensidade Pem expressa pela equação 1:

Equation 1(1)

Por irradiação de um laser de pulso, a condutividade de uma amostra de σ muda para σ + Δσ; da mesma forma, R (σ) transforma a R(σ + Δσ). Assim, ΔR é dada pela equação 2:

Equation 2(2)

Em uma aproximação de perturbação (pequenas Δσ), R(σ + Δσ) é desenvolvida em série de Taylor para produzir

Equation 3(3)

enquanto se torna Δσ

Equation 4, (4).

onde q é a carga elementar, μp é a mobilidade de furo, μn é a mobilidade de elétrons e Δp é a concentração de portador em excesso. Partir das equações anteriores,Equation 5ΔR Δp estão relacionados por

Equation 6. (5)

A dependência da reflectância de microondas na concentração de portador em excesso permite μ-PCD observar a deterioração do tempo das transportadoras em excesso, o que podemos usar para estimar o tempo de vida do portador de materiais semicondutores.

Protocol

1. preparação da amostra

  1. Prepare um n-tipo 4H-SiC epilayer (Tabela de materiais).
  2. Lavar a amostra com acetona e, em seguida, com água, cada um por 5 min, usando um
  3. aparelho de ultra-sons.
  4. Use uma arma de nitrogênio para remover a umidade da superfície da amostra.

2. preparação de soluções aquosas

  1. Prepare-se 1 M cada um dos H2então4, HCl, Na2SO4, NaOH ou HF em 1 wt % de concentração. Selecionar e preparar uma solução aquosa a ser medido.
  2. Preparar uma célula de quartzo com 5 mm (comprimento) x 20 mm (largura) x dimensões de 40 mm (altura) e em seguida despeje a solução aquosa para ele. Colocar a amostra preparada para a célula e em seguida, mergulhe-a em solução aquosa.
    Nota: pelo menos 4 mL da solução aquosa na célula de quartzo é necessário para a amostra a ser imerso inteiramente. Ao alterar a solução, tratar a amostra com ultra-som limpeza usando acetona e água pura.

3. preparação do equipamento de medição

  1. Ligue a fonte de alimentação do laser pulsado 266 nm para excitar a fonte de luz. Depois, defina o modo de laser no modo de espera.
  2. Ligue o laser pulsado e um oscilador através de um cabo de baioneta Neill-Concelman (BNC). Transformar em um oscilador e uma onda de pulso de 100 Hz para o laser pulsado de entrada.
  3. Conecte um fotodíodo para aquisição de gatilho através de um canal de entrada de gatilho do osciloscópio com um cabo BNC.
  4. Ligue a fonte de alimentação do fotodiodo.
  5. A irradiação do laser pulsado e coloque a abertura do waveguide de microondas no caminho óptico da luz do laser na direção normal à luz.
    Atenção: No último processo, o experimentador deve usar óculos de segurança durante a irradiação do laser.
  6. Instalar um metade-espelho no caminho ótico do laser pulsado, conforme mostrado na Figura 1e refletem o laser pulsado para o fotodiodo.
  7. Ligue o osciloscópio e defina seu limite de gatilho para uma tensão suficiente para sinalizar do fotodiodo.
    Nota: O valor limite pode ser definido menor do que o pico do sinal de gatilho. Quando uma luz refletida não intencional entra o fotodiodo, osciloscópio exibe uma frequência que é muito diferente da frequência de pulso de laser. Neste caso, repita o passo 3.6.
  8. Verificar a frequência com o osciloscópio e ajuste o oscilador exatamente.
  9. Já o modo de laser.
  10. Se conecte um diodo de barreira Schottky em um waveguide de microondas para a deteção de microondas refletidas e um canal de entrada de sinal do osciloscópio, através de um cabo BNC.
  11. Aplicar um 9.5 V tensão de um diodo de Gunn.
  12. Coloque a célula de quartzo (passo 2.2) a depor na frente da abertura tão perto quanto possível. Fixe com fita.

4. medição e salvando dados

  1. Ligue a oscilação de luz do laser e irradiar a luz para a amostra.
  2. Coloque uma meia-waveplate (λ/2), um polarizador e um medidor de energia no caminho óptico (Figura 1).
  3. Irradiar o laser pulsado para o medidor de energia, como mostrado na Figura 1. Verifica a intensidade da excitação do laser.
  4. Ajuste o ângulo λ/2 para controle da intensidade da excitação.
    Nota: λ/2 altera a direção de polarização da luz do laser, enquanto o polarizador transmite apenas uma direção de polarização de luz, através da qual excitação intensidade é controlada. Densidades de fóton injetado são de 8 x 1013 cm− 2 e para o laser de 266-nm, a densidade do transportador de excitação em 4 H-SiC é 4.5 x 1017 cm− 3.
  5. Remova o medidor de energia do caminho óptico.
  6. Ajuste o tempo/div e V/div de osciloscópio para que o sinal de pico é exibido no osciloscópio.
  7. Ajuste a amplitude e a fase do microondas através de um sintonizador de E-H. Verifique o osciloscópio e olhar para o sintonizador E – H onde o sinal de pico é no máximo. Falhou o ajuste dos resultados na perda de sinal, sintonizador E-H como descrito na Figura 2.
    Nota: Um amplificador é usado para reforçar o sinal de decadência em caso de sinal suficientemente grande em relação ao ruído de fundo ou quando não observa-se mesmo após o ajuste o sintonizador E-H. O amplificador é colocado entre o diodo de barreira Schottky e o canal de entrada de sinal do osciloscópio com um cabo BNC, conforme ilustrado na Figura 1.
  8. Repita os passos de 4.6 e 4.7 para completar a afinação.
  9. Ajustar o tempo/div de osciloscópio e esboçar uma curva de decaimento na área de medição no osciloscópio.
  10. Média do sinal de um número arbitrário de vezes para melhorar a relação sinal-ruído.
  11. Salve os dados de medição como um ficheiro electrónico para uma memória e então removê-lo do osciloscópio.

5. processamento de dados

  1. Importe os dados do sinal para um computador pessoal.
  2. Traça as curvas de decaimento obtidas no experimento em função do tempo.
  3. Calcular o valor médio do nível de ruído de fundo, subtrair o sinal de decadência e desenhar em função do tempo.
  4. Encontrar o valor de pico do sinal de decadência, obtido na etapa 5.3 e depois dividir o sinal de decadência pelo valor de pico.

Representative Results

A Figura 1 mostra um diagrama esquemático do aparelho μ-PCD consistindo de uma frequência de microondas de 10 GHz, banda X waveguide e um guia de ondas retangular. O microondas foi focado por waveguide o cume duplo e irradiado na amostra. A potência de saída do diodo de Gunn foi 50 mW e o ruído da fase foi quase-80 dBc/Hz.

A Figura 3 mostra a curva de decaimento de μ-PCD de uma amostra de 100 μm de espessura n-tipo 4 H-SiC animado sobre o rosto de Si por 266 nm no ar; Sinal de μ-PCD (V) dimensionado logaritmicamente foi a variável dependente e tempo (μs) foi a variável independente. O pico de tensão de sinal foi aproximadamente 0.046 prior V para amplificação. Além disso, a tensão observada do componente do microondas refletido obtido a partir do modo de osciloscópio DC corrente contínua (DC) foi da ordem de alguns volts. Como recombinação de portadores excesso progrediu com o tempo, reflectância de condutividade e microondas do exemplo diminuiu.

A Figura 4 mostra a curva de decaimento μ-PCD normalizado da Figura 3. Normalização permite a comparação entre as constantes de tempo com intensidades diferentes de pico. Normalmente, a estimativa de vida do transportador com base na curva de decaimento é realizada com o parâmetro1/e 1/e vida τ, indicando que o tempo dispendido para obter sinal diminui de intensidade do pico a 1/e (~ 0.368). Observe que a decadência µ-PCD não era um único exponencial e τ1/e foi influenciada pela massa e recombinação de superfície. No entanto, comparando a constante de tempo de amostras com diferentes espessuras ou condição da superfície exigiu um parâmetro de referência. Uso de τ1/e foi conveniente, dada a boa relação sinal-ruído na parte inicial da curva de decaimento e a simplicidade de análise dos dados. Para caracterizar o sinal do µ-PCD, vidas de meia-hora, eu40/eumáximae constante kD também adotaram tais parâmetros22,23,24. Na verdade, τ1/e foi adotado no padrão SEMI: SEMI MF 15358 como padrão para medição de tempo de vida de portador de Si. Para a curva de decaimento na Figura 4, τ1/e era aproximadamente 0,34 μs.

Na Figura 5, a célula de quartzo, contendo solução aquosa e com o exemplo na sua parede, foi colocado no banco em frente a abertura de11. Cada intensidade de microondas irradiado e o microondas refletido da amostra, bem como a relação sinal-ruído de μ-PCD, foram depende da distância entre a amostra e a abertura, que, idealmente, deveria ser tão próxima quanto possível. Na medida real, a distância obtida foi tão próxima quanto possível; medição de célula de quartzo rendeu uma distância de 0,5 mm, que era do mesmo como a espessura do vidro de quartzo de célula.

A Figura 6 mostra as curvas de decaimento μ-PCD do n-tipo 4 H-SiC no ar e em soluções aquosas. Uma luz de excitação de 266 nm foi irradiado a Si-face de 4H-SiC. Soluções aquosas usadas tinham concentrações, como mencionado anteriormente, da seguinte maneira: 1 M de H2SO4, HCl, Na2SO4, ou NaOH ou 1% em peso de HF. A constante de tempo das curvas de decaimento foi mais tempo com a amostra imergida nas soluções aquosas ácidas (ou seja, H2SO4, HCl ou HF), implicando que soluções ácidas passivado superfície Estados sobre o rosto de Si e reduziram superfície recombinação de os porta-aviões em excesso.

A Figura 7 mostra a dependência do pH de τ1/e da amostra n-tipo 4 H-SiC animado sobre o rosto de Si na 266 nm da luz. O pH foi calculado a partir as concentrações molares de H2então4, HCl e NaOH. Este valor indicado a dependência de vida do portador em soluções aquosas de pH; Portanto, pH inferior teria mais efeitos sobre o ciclo de vida do portador.

Velocidade de superfície recombinação S foi calculada para reproduzir o τ1/e usado para as amostras. O modelo de decaimento de transportadoras em excesso tem sido relatado em juízes. 2 e 3. Para obter a concentração de portador excesso Dn(x, t), a equação de continuidade a seguir foi resolvida. Aqui, Dn(x, t) foi definida como uma função do tempo t e profundidade x em uma camada de semicondutor; assim,

Equation 7, (6).

onde τB é vida em massa devido a recombinação de Shockley – leitura – Hall (SRH), Duma é o coeficiente de difusão ambipolar, B é o coeficiente de recombinação de radiação e C é a recombinação de Auger coeficiente.

No animado e outras superfícies, as condições de contorno foram dadas pela equação 7:

Equation 8e Equation 9 (7)

onde S0 e SW denotar a velocidade de superfície recombinação do animado e outras superfícies, respectivamente, e W é a espessura da camada.

Além disso, o perfil de concentração de portador excesso inicial usando iluminação de pulso de luz pode ser expressas usando equação 8:

Equation 10(8)

onde g0 é a concentração de portador em x = 0 e um é o coeficiente de absorção.

Resolvendo a equação 6 empregando-se as condições de contorno da equação 7 e a condição inicial das curvas de equação 8 desde a decadência do portador em excesso. No processo, S foi estimado através da comparação de τ1/e obtidas de experimentos e das curvas de decaimento calculado. Mínimos quadrados montagem minimizados erros entre o experimental τ1/e em todas as condições e o calculado τ1/e com parâmetros S0, Sw e τB.

Conforme representado na equação 6 recombinação de portador é o somatório de vários componentes de decadência, ou seja, na superfície, SRH, radiativa e Auger recombinações, os dois últimos tendo notável portador de alta densidade. Por outro lado, recombinação SRH depende do ponto de defeitos e luxações na maioria do material semicondutor que formam os níveis de energia a lacuna de banda de semicondutores. Os níveis de energia atuam como trampolins para a transição de operadora entre as bandas de Valência e de condução.

m-PCD também mostra a não-linearidade em uma condição de injeção de alta e superestima transportadora vida13,25,26. Figura 8 mostra o m-PCD medido sob uma condição de alta excitação. Note que a curva de decaimento para uma densidade de fóton injetado de 1015 cm− 2 tornou-se mais gradual comparada com a densidade de fóton de 1014 cm− 2, devido a não linearidade do microondas. Além disso, os exemplos de medição indicados na Figura 3, Figura 4 e Figura 6 foram obtidos para uma densidade de fóton injetado de 8 x 1013 cm− 2 resultando em não-linearidade microondas insignificante e Auger e radiative recombinações mas SRH dominante e recombinações de superfície.

Figura 6 podem ser tomadas para exemplificar cálculos de curva de decaimento para o n-tipo 4 H-SiC Si-rosto excitado pela luz de nm 266, referindo-se às linhas tracejadas, onde τB = 3 μs e S para a cara-de-Si SSi = 200 cm/s ou 700 cm/s . Para ambas as configuraçõesSi S, a curva de decaimento experimental medido em pH neutro (ar, 1 M nd2então4) e na condição ácida (1 M H2SO4), respectivamente, foram bem reproduzida, o que significava que de S Si para o n-tipo 4 H-SiC significativamente reduzido de 700 cm/s para 200 cm/s em soluções aquosas ácidas como hidrogênio passivado dos Estados de superfície sobre o rosto de Si.

Figure 1
Figura 1: diagrama esquemático do dispositivo μ-PCD. Uma parte da luz do laser é refletida pelo espelho meia-reflexão. O laser refletido é detectado pelo fotodiodo, e um sinal proveniente do fotodiodo é usado como um gatilho para o osciloscópio. Um microondas é gerado a partir do diodo de Gunn na direção dobrado pelo circulador; Então, um microondas vai através da abertura e irradia a amostra. O microondas refletido da amostra volta para a abertura e para o circulador, onde é detectado pelo diodo Schottky barreira. Finalmente, o sinal proveniente do diodo de barreira Schottky é observado pelo osciloscópio. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2: O Sinal de μ-PCD para uma falha de tuning do sintonizador E-H. Não mensurável pico é observado por uma falha de ajuste. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3: A curva de decaimento de μ-PCD para a amostra de n-tipo 4H-SiC com excitação sobre o rosto de Si por 266 nm no ar. O laser pulsado é irradiado no tempo = 0 s, no qual a intensidade do sinal está no máximo. Esta figura foi modificada de Ichikawa et al11 com permissões. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4: curva de decaimento μ-PCD normalizado para a amostra de n-tipo 4H-SiC com excitação sobre o rosto de Si por 266 nm no ar. O valor máximo da curva de decaimento na Figura 2 é normalizado para a unidade. O valor da linha tracejada é 1/e, e τ1/e é aproximadamente 0,34 μs como descrito. Esta figura foi modificada de Ichikawa et al11 com permissões. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 5
Figura 5: imagem de medida μ-PCD em solução aquosa em uma célula de quartzo. A célula de quartzo é colocada para depor na frente da abertura para permitir a medição de curva de decaimento de μ-PCD em solução aquosa. A dimensão da célula é 5 x 20 mm x 40 mm (comprimento x largura x altura). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 6
Figura 6: normalizado e calculadas as curvas de decaimento de μ-PCD para a amostra de n-tipo 4H-SiC com excitação sobre o rosto de Si por 266 nm, em soluções aquosas e ar. Linhas sólidas representam as curvas de resultado experimental μ-PCD para as soluções aquosas de H2O, H2então4, HCL, Na2SO4, NaOH ou HF. As linhas tracejadas são calculadas as curvas com o tempo de vida de portador em massa na epilayers, τB = 3 μs e a velocidade de superfície recombinação para Si-face, SSi = 200 cm/s ou 700 cm/s. Esta figura foi modificada de Ichikawa et al11 com permissões. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 7
Figura 7: A dependência do pH de τ1/e para a n-tipo 4 H-SiC da amostra com excitação sobre o rosto de Si por 266 nm. Tempo de vida do portador aumenta à medida que o pH da solução aquosa diminui. Este resultado indica que o pH mais baixo terá mais efeitos sobre o ciclo de vida do portador. Esta figura foi modificada de Ichikawa et al11 com permissões. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 8
Figura 8: Μ-PCD decadência curva do n-tipo 4H-SiC com excitação de densidade de fóton injetado de 1014 ou 1015 cm− 2 na face Si por 266 nm. Medição com excitação elevada densidade de fóton de 1015 cm− 2 faz uma curva de decaimento mais gradual do que com menor densidade de fóton devido a não linearidade da refletividade de microondas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Discussion

No protocolo μ-PCD, passo 4,7 é o ponto mais importante. O sintonizador E-H foi incorporado com um curto-circuito móvel dos aviões E e H, respectivamente. Assim, mover o curto-circuito do afinador E ou o sintonizador H muda a amplitude e a fase do microondas refletido e maximiza a amplitude do sinal. Sintonia tem uma grande influência sobre a forma de onda da curva de decaimento e deve ser executado estritamente. No caso de uma força de sinal fraco onde o ajuste pode ser difícil, algumas dezenas de afinação médias podem ser utilizadas. Para falha de ajuste, as curvas de decaimento μ-PCD não são observáveis; observa-se apenas o sinal de ruído de um osciloscópio. A Figura 2 mostra a forma de onda do osciloscópio nesse caso.

É fácil medir amostras altamente resistivas, como não há nenhum limite de condutividade inferior. Quando a resistividade da amostra é baixa ou quando a amostra é grossa, o efeito de pele do microondas não é negligenciável. A distância até a intensidade do campo elétrico das microondas torna-se vezes 1/e é conhecida como profundidade de pele Equation 11 , que é expressa pela equação 9:

Equation 12(9)

onde ω é a frequência angular do microondas, e ρ, ε e μ representam do exemplo constante dielétrica, Resistividade e permeabilidade, respectivamente. No caso de Si e SiC, valores aproximados δ para 10 GHz microondas foram 9 mm no Ω∙cm 50, 2mm no Ω∙cm 10, 500 μm no 1 Ω∙cm e 150 μm em 0.1 Ω∙cm. Portanto, medições de amostras com espessuras típicas (vários cem mícrons) em menos de 0,1 Ω∙cm vão perder precisão δ . Por outro lado, o microondas e radiação óptica são incidentes do oposto da bolacha no presente protocolo. Um efeito negligenciável da pele indica melhor microondas e radiação óptica do mesmo lado.

Limites mais baixos dependem da Resistividade e da espessura da amostra resultante de sua interação com o microondas. Para amostras altamente resistivas, os limites inferiores típicos das transportadoras em excesso são da ordem de 1012 cm− 3. Por outro lado, espalhamento elétron-buraco deve ser considerado em excesso transportadoras maior que 1016 cm− 3, discutido em ref. 13.

As curvas de decaimento μ-PCD tornou-se suave em densidade alta excitação devido a unproportionality da refletividade de microondas para a concentração de portador em excesso tais que a equação (3) perderia sua validade13,25,26 e τ1/e iria ser superestimado. A Figura 8 mostra a curva de decaimento de μ-PCD de um produto químico mecânico de polimento, tratamento de superfície tipo n 4h-SiC com excitação sobre o rosto de Si por 266 nm sob intensidade de alta excitação.

Além disso, a resolução de tempo depende do desempenho do aparato de medição como uma fonte de excitação, um osciloscópio e um amplificador. Por exemplo, neste estudo, o aparelho consistia de um laser pulsado com largura de pulso de 1 ns como fonte de excitação e um osciloscópio, tendo uma faixa de frequência de 500 MHz. Consequentemente, o tempo de vida mínimo mensurável foi estimado em 2 ns.

Como mencionado anteriormente, μ-PCD é muito útil para a caracterização de semicondutores como Si. No entanto, sua aplicação pode ser estendida a outros materiais, por exemplo, em materiais fotoativa incluindo TiO227,28,29,30.

Além disso, afora o μ-PCD, PL TR-2 e TR-FCA introduzida em seções anteriores são as outras dois porta-aviões vida técnicas de medição. TR-PL observa a mudança de horário da fotoluminescência causada por recombinação transportadora enquanto TR-FCA observa a hora de mudar de sonda de luz de absorção4. Especificamente, franco transportador absorção ocorre quando luz com energia menor do que a lacuna de banda é irradiada durante a excitação de transportador3. No entanto, em comparação com esses dois, μ-PCD diretamente observa condutividade elétrica por microondas e tem uma elevada rugosidade da superfície e a sensibilidade do sinal, tornando-se o método mais ideal para medição de tempo de vida de transportadora para aplicativos de dispositivos semicondutores.

Disclosures

Os autores não têm nada para divulgar.

Acknowledgments

Este trabalho foi financiado pelo Instituto de tecnologia de Nagoya, Japão.

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).
Medições de tempo de vida transportadora em semicondutores através do método de decaimento de Fotocondutividade de microondas
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