Login processing...

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

Engineering

Carrier livstid mätningar i halvledare via metoden mikrovågsugn Photoconductivity förfall

doi: 10.3791/59007 Published: April 18, 2019

Summary

Som en av de viktiga fysiska parametrarna i halvledare mäts transportören livstid häri via ett protokoll som sysselsätter metoden mikrovågsugn photoconductivity förfall.

Abstract

Detta arbete presenterar ett protokoll som sysselsätter mikrovågsugn photoconductivity förfalla (μ-PCD) för mätning av transportören livstid i halvledarmaterial, särskilt SiC. I princip överskjutande bärare i halvledaren genereras via excitation rekombinera med tid och därefter återvända till tillståndet jämvikt. Tidskonstanten för denna rekombination är känd som transportören livstid, en viktig parameter i halvledarmaterial och enheter som kräver en beröringsfri och icke-förstörande mätning idealiskt uppnås genom μ-PCDN. Under bestrålning av ett prov reflekteras en del av mikrovågsugn av halvledare provet. Mikrovågsugn reflektans beror på prov ledningsförmåga, som tillskrivas till bärarna. Tid förfalla av överskjutande bärare kan därför observeras genom påvisande av reflekterade mikrovågsugn intensiteten, vars förfall kurva kan analyseras för uppskattning av transportören livstid. Resultaten bekräfta lämpligheten av protokollet μ-PCD mäta carrier livstid i halvledarmaterial och enheter.

Introduction

Överskjutande bärare i halvledare exciteras optiskt genom injektion av fotoner med energi som är större än avståndet mellan banden överledning och valence. Upphetsad överskjutande bärare, försvinner sedan, av en elektron-hål återkombination inom en tidskonstant som kallas carrier livstid, som kraftigt påverkar funktionen av halvledarkomponenter under drift. Som en av de viktiga parametrarna för halvledarkomponenter och material, carrier livstid är mycket känsliga för förekomsten av fel i dessa material, och ytterligare kräver en bekväm metod för utvärdering. J. Warman och M. Kunst utvecklat en övergående teknik de namngivna tiden löst mikrovågsugn ledningsförmåga (TRMC), som innebär mikrovågsugn absorption för att följa kostnad flygbolaget dynamics i halvledare1. Andra forskare föreslagit övergående foto ledningsförmåga (TPC), annars känd som mikrovågsugn photoconductivity förfalla (μ-PCD), som är den allmänt antagna materiella kvalifikation tekniken i halvledarindustrin på grund av dess noncontact och icke-förstörande mätningar av transportören livstid. I synnerhet för kiselkarbid (SiC), tre stora tekniker är tillämpliga: µ-PCD, tid löst fotoluminescens (TR-PL), och tid löst fritt fraktförare absorption (TR-FCA)2,3,4,5 ,6,7. Bland dessa tekniker är µ-PCD mest sysselsatta eftersom jämfört med de andra två som den uppvisar ytjämnhet okänslighet (d.v.s. mätbara för varje given olika yta råhet8,9,10 ) och hög signal känslighet för glada bärare (dvs. med en optimal mikrovågsugn komponent). I allmänhet har µ-PCD föredragits för carrier livstid mätning i SiC och andra halvledare material2,5,6,11,12,13 ,14,15,16,17,18,19.

De mätprotokoll och principen om μ-PCD1,20,21 är detaljerat här. I princip använder mikrovågsugn återspeglas som en sond. Här, motsvarar mikrovågsugn reflektansen provvikt R(σ) förhållandet mellan den reflekterade mikrovågsugn intensiteten P(σ) och den infallande mikrovågsugn intensitet Pi som uttrycks genom ekvation 1:

Equation 1(1)

Genom bestrålning av en pulse laser, ändras conductivityen av ett prov σ σ + Δσ; jämväl, R (σ) förvandlas till R(σ + Δσ). Således ΔR ges av ekvation 2:

Equation 2(2)

I en störning (små Δσ) tillnärmning, är R(σ + Δσ) utvecklad i Taylor serien att ge

Equation 3(3)

medan Δσ blir

Equation 4, (4).

där q är den elementära laddningen, μp är hål rörlighet, μn är elektron rörlighet och Δp är den överskjutande bärare koncentrationen. Från föregående ekvationer,Equation 5ΔR och Δp är relaterade genom

Equation 6. (5)

Beroendet av mikrovågsugn reflektans på överskjutande bärare koncentration tillåter μ-PCD att observera tid förfalla av överskjutande bärare, som vi kan använda för att uppskatta carrier livstid av halvledarmaterial.

Protocol

1. beredning av provet

  1. Förbereda en n-typ 4H-SiC epilayer (Tabell för material).
  2. Tvätta provet med aceton och sedan med vatten, varje för 5 min, med en
  3. ultraljud bricka.
  4. Använda en kväve-pistol för att avlägsna fukt på provets yta.

2. beredning av vattenlösningar

  1. Förbereda 1 M varje H24, HCl, Na2SO4, NaOH eller HF vid 1 wt % koncentration. Välj och Förbered en vattenlösning skall mätas.
  2. Förbereda en kvarts cell med 5 mm (längd) x 20 mm (bredd) x 40 mm (höjd) dimensioner och häll sedan den aqueous lösningen in i den. Sätta det beredda provet i cellen och sedan doppa det i en vattenlösning.
    Obs: minst 4 mL vattenlösningen i cellen kvarts krävs för provet vara nedsänkt helt. När du ändrar lösningen, rengöring behandla provet med ultraljuds med aceton och rent vatten.

3. beredning av mätutrustningen

  1. Slå på strömmen till 266-nm Pulsade laser att excitera ljuskällan. Därefter ange laser läget på standby.
  2. Anslut den pulsade lasern och en oscillator genom en bajonett Neill-Concelman (BNC) kabel. Slå på oscillator och mata in en 100 Hz pulse wave till pulsad laser.
  3. Anslut en fotodiod för trigger förvärv genom en trigger input kanal av oscilloskopet med en BNC-kabel.
  4. Slå på strömmen till fotodioden.
  5. Bestråla Pulsade laser och placera bländare på den mikrovågsugn vågledare på den optiska vägen av laserljuset på riktning normala till ljuset.
    Varning: I den sistnämnda processen, försöksledaren ska bära skyddsglasögon öga under laser irradiation.
  6. Installera en halv-spegel på den optiska vägen av pulsad laser, som visas i figur 1, och återspeglar fotodioden pulsad laser.
  7. Slå på oscilloskopet och sedan ange dess utlösande tröskeln till en spänning som är tillräcklig för att signal från fotodioden.
    Obs: Tröskelvärdet kan fastställas mindre än toppen av utlösa signalen. När en oavsiktlig reflekterade ljuset träder fotodioden, visar oscilloskopet en frekvens som skiljer sig mycket från pulsad laser frekvensen. I detta fall upprepa steg 3.6.
  8. Kontrollera trigger frekvens med ett oscilloskop och finjustera oscillatorn exakt.
  9. Sätta det laser-läget på standby.
  10. Ansluta en Schottky barriär diod i en mikrovågsugn waveguide för reflekterade mikrovågsugn upptäckt och en signal input kanal av oscilloskopet, via en BNC-kabel.
  11. Tillämpa en 9,5 V driftspänning en Gunn diod.
  12. Placera cellen kvarts (steg 2.2) på stativet framför bländaren så nära som möjligt. Fäst med tejp.

4. Mät- och spara data

  1. Slå på laser ljus svängningen och bestråla ljuset till provet.
  2. Placera en halv-waveplate (λ/2), en polarisator och en kraftmätare på den optiska vägen (figur 1).
  3. Bestråla wattmetern, pulsad laser som visas i figur 1. Kontrollera excitation intensiteten av laser.
  4. Justera vinkel λ/2 för kontroll av magnetiseringen intensiteten.
    Obs: λ/2 ändrar polarisering riktning av laserljuset, medan polarisationsfiltret sänder bara en ljus polarisering riktning, genom vilka excitation intensitet styrs. Injicerade photon tätheter ställs till 8 x 1013 cm−2 och för 266-nm laser, excitation carrier densiteten i 4 H-SiC är 4,5 x 1017 cm−3.
  5. Ta bort wattmetern från den optiska vägen.
  6. Justera tid/div och V/div av oscilloskopet så att peak signalen visas på oscilloskopet.
  7. Justera amplitud och fas av mikrovågsugn genom en E-H-mottagare. Kontrollera oscilloskopet och leta efter E – H tunern där peak signalen är högst. Misslyckades justering av E-H tuner resulterar i signalförlust, som avbildas i figur 2.
    Obs: En förstärkare används för att förstärka signalen förfall vid otillräckligt stor signal i förhållande till bakgrundsljud eller när det inte observeras även efter justera E – H tunern. Förstärkaren är placerad mellan Schottky barriär dioden och kanalen signal input av oscilloskop med en BNC-kabel, som illustreras i figur 1.
  8. Upprepa steg 4.6 och 4.7 att slutföra tuning.
  9. Justera tid/div av oscilloskopet och skisskurva ett förfall i området mätning på oscilloskopet.
  10. Genomsnittliga signalen för ett godtyckligt antal gånger att förbättra signal-brus-förhållandet.
  11. Spara mätdata som en elektronisk fil till ett minne och sedan ta bort den från oscilloskopet.

5. databearbetning

  1. Importera data signal till en persondator.
  2. Rita decay kurvor erhålls från experiment som funktion av tiden.
  3. Beräkna medelvärdet för nivå bakgrundsljud, subtrahera det från förfall signalen och rita det som funktion av tiden.
  4. Hitta toppvärdet av förfall signalen erhölls i steg 5.3 och sedan dividera decay signalen med toppvärdet.

Representative Results

Figur 1 visar en Schematisk bild av μ-PCD apparaten består av en 10 GHz mikrovågsugn frekvens, X waveguide band och en rektangulär vågledare. Mikrovågsugnen var fokuserad genom den dubbla ridge vågledare och bestrålas på provet. Gunn diod uteffekten var 50 mW och Fasbrus var nästan-80 dBc/Hz.

Figur 3 visar μ-PCD decay kurvan provvikt 100-μm tjock n-typ 4 H-SiC upphetsad på Si ansikte av 266 nm i luften. Μ-PCD signal (V) skalas logaritmiskt var den beroende variabeln och tid (μs) var den oberoende variabeln. Spänning var signalen cirka 0.046 V före förstärkning. Dessutom var den observerade spänningen i likström (DC) komponenten av den reflekterade mikrovågsugn som erhållits från DC oscilloskåpsmoden storleksordningen flera volt. Rekombination av överskjutande bärare utvecklats med tiden, provets ledningsförmåga och mikrovågsugn reflektans minskade.

Figur 4 visar normaliserade μ-PCD decay kurvan i figur 3. Normalisering möjliggör jämförelse av konstanterna som tid med olika maximala stödnivåer. Vanligtvis utförs carrier livstid uppskattning baserad på förfall kurvan med 1/e livstid τ1/e parametern, som anger den tid som förbrukas för att få signal intensitet minskar från topp till 1/e (~ 0,368). Observera att µ-PCD förfall var inte en enda exponentiell och τ1/e påverkades av både bulk och ytan rekombination. Dock nödvändiggjorde jämföra tidskonstanten av prover med olika tjocklek eller ytbeskaffenhet en referens-parameter. Användning av τ1/e var bekvämt gett bra signal-brus-förhållandet på den inledande delen av kurvan förfall och enkelheten i dataanalysen. Att karakterisera den µ-PCD signal, halvtid liv, jag40/jagmaxoch kD konstant också antagit sådana parametrar22,23,24. I själva verket τ1/e antogs i standarden SEMI: SEMI MF 15358 som standard för carrier livstid mätning av Si. För förfall kurvan i figur 4var τ1/e cirka 0,34 μs.

I figur 5, quartz cellen, som innehåller vattenlösningen och med provet på sin vägg, placerades på stativet framför bländare11. Varje intensiteten av den bestrålade mikrovågsugnen och reflekterade mikrovågsugn från provet, samt μ-PCD signal-brus-förhållandet, var beroende av avståndet mellan provet och bländare, som i idealfallet bör vara så nära som möjligt. I den faktiska mätningen var avståndet erhålls så nära som möjligt. mätning med hjälp av quartz cellen gav ett avstånd av 0,5 mm, som var av samma som tjockleken på den cellen kvartexponeringsglas.

Figur 6 visar μ-PCD decay kurvor av de n-typ 4 H-SiC i luften och i vattenlösningar. En ljus excitation av 266 nm bestrålades till Si-inför de 4H-SiC. Aqueous lösningar används hade koncentrationer, som nämnts tidigare, enligt följande: 1 M varje H2SO4, HCl, Na2SO4, eller NaOH eller 1 wt % av HF. Tidskonstanten av förfall kurvor var längre med provet nedsänkt i de sura vattenlösningar (dvs H2SO4, HCl eller HF), vilket innebär att sura lösningar passiviseras ytan staterna i Si-ansiktet och minskat ytan rekombination av de överskjutande bärarna.

Figur 7 visar pH beroendet av τ1/e av n-typ 4 H-SiC provet upphetsad på Si ansikte på 266 nm ljus. PH-värdet beräknades utifrån molära koncentrationen av H24, HCl och NaOH. Denna siffra anges carrier livstid beroendet av pH aqueous lösningar; lägre pH skulle därför ha fler effekter på transportören livstid.

Yta rekombination hastighet S beräknades för att reproducera den τ1/e används i proverna. Decay modellen av överskjutande bärare har rapporterats i refs. 2 och 3. För att erhålla överskjutande bärare koncentrationen Dn(x, t), löstes följande kontinuitet ekvation. Här, definierades Dn(x, t) som en funktion av tiden t och djup x i en halvledare lager; Således,

Equation 7, (6).

där τB är bulk livstid på grund av Shockley – Läs – Hall (SRH) rekombination, Den är den ambipolar diffusionskoefficienten, B är strålning rekombination koefficienten och C är den Auger rekombination koefficient.

På de glada och andra ytorna gavs randvillkor av ekvation 7:

Equation 8och Equation 9 (7)

där S0 och SW betecknar yta rekombination hastigheten hos den glada och andra ytor, respektive, och W är lagrartjockleken.

Dessutom kunde den första överskott koncentration basprofil med ljuspuls belysning uttryckas med hjälp av ekvation 8:

Equation 10(8)

där g0 är bärare koncentrationen vid x = 0 och en är absorptionskoefficienten.

Lösa ekvation 6 genom att anställa den gräns villkoren av ekvation 7 och första villkora av ekvation 8 förutsatt överskjutande bärare förfalla kurvor. I processen, S beräknades genom att jämföra den τ1/e erhållits från experimenten och beräknade decay kurvorna. Minstakvadratmetoden passande minimerat fel mellan den experimentella τ1/e i alla villkoren och den beräknade τ1/e med parametrarna S0, S,w, och τB.

Som skildras i ekvation 6 bärare rekombination är summan av olika komponenter i förfall, nämligen yta, SRH, strålnings, och skruv recombinations, de sista två har anmärkningsvärt höga carrier densitet. Däremot, beror SRH rekombination på punkt defekter och dislokationer i huvuddelen av materiellt halvledaren som bildar energi nivåer i halvledare bandet klyftan. Energinivåerna fungera som språngbräda för bärare övergången mellan banden valence och överledning.

m-PCD också visar olinjäritet på en kickinjektion skick, och överskattar carrier livstid13,25,26. Figur 8 visar den uppmätta m-PCD under en hög magnetiseringen villkorar. Observera att förfalla kurvan för en injicerade photon täthet av 1015 cm−2 blev mer gradvis jämfört med för photon täthet av 1014 cm−2, på grund av mikrovågsugn olinjäritet. Dessutom erhölls de mätning exempel som visas i figur 3, figur 4, och figur 6 för en injicerade photon täthet av 8 x 1013 cm−2 resulterande i försumbar mikrovågsugn olinjäritet och Auger och strålnings recombinations men dominerande SRH och ytan recombinations.

Figur 6 kan tas att exemplifiera decay kurva beräkningar för n-typ 4 H-SiC Si-ansiktet upphetsad av 266 nm ljus, genom att hänvisa till de streckade linjerna, där τB = 3 μs och S för Si-face SSi = 200 cm/s eller 700 cm/s . För båda SSi inställningar, experimentell decay kurvan mätt i neutralt pH (luft, 1 M Na24) och i sura skick (1 M H2SO4), respektive, var väl återges, vilket innebar att S Si för den n-typ 4 H-SiC avsevärt minskas från 700 cm/s till 200 cm/s i sura vattenlösningar som väte passiviseras ytan staterna på Si ansikte.

Figure 1
Figur 1: Schematisk bild av enhetens μ-PCD. En del av laserljuset reflekteras av halv-reflektion spegeln. De återspeglas lasern detekteras av en fotodiod och en signal som kommer från fotodioden används som en utlösare för oscilloskopet. En mikrovågsugn genereras från Gunn dioden i riktning böjd av cirkulationspumpen; sedan mikrovågsugn går igenom bländare och bestrålar provet. Reflekterade mikrovågsugn från provet kommer tillbaka till bländare och till cirkulationspumpen, där det upptäcks av Schottky barriär dioden. Slutligen är signalen från Schottky barriär dioden observeras av oscilloskopet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: den Μ-PCD signal för en misslyckad tuning av E-H-mottagare. Ingen mätbar topp observeras för en misslyckad tuning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: μ-PCD decay kurvan för det n-typ 4H-SiC provet med excitation i Si-ansiktet av 266 nm i luft. Pulsad laser bestrålas på gång = 0 s som signalintensitet är högst. Denna siffra har ändrats från Ichikawa et al.11 med behörigheter. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4: normaliserat μ-PCD decay kurvan för det n-typ 4H-SiC provet med excitation i Si-ansiktet av 266 nm i luft. Det maximala värdet av förfall kurvan i figur 2 är normaliserad till enighet. Värdet av den streckade linjen är 1/e, och τ1/e är cirka 0,34 μs som skildras. Denna siffra har ändrats från Ichikawa et al.11 med behörigheter. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 5
Figur 5: bild av μ-PCD mätning i en vattenlösning i en kvarts cell. Quartz cellen placeras på stativet framför bländaren till tillåta μ-PCD decay kurva mätningar i en vattenlösning. Dimensionen cell är 5 x 20 x 40 mm (längd x bredd x höjd). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 6
Figur 6: normaliserats och beräknas μ-PCD decay kurvor för n-typ 4H-SiC provet med excitation i Si-ansiktet av 266 nm, i luften och vattenlösningar. Heldragna linjer representerar de μ-PCD experimentella resultat kurvor för vattenlösningar av H2O, H24, HCL, Na2SO4, NaOH eller HF. De streckade linjerna är beräknade kurvor med bulk carrier livstid i epilayers, τB = 3 μs, och ytan rekombination hastigheten för Si-ansiktet, SSi = 200 cm/s eller 700 cm/s. Denna siffra har ändrats från Ichikawa et al.11 med behörigheter. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 7
Figur 7: pH beroendet av τ1/e för de n-typ 4 H-SiC prov med excitation i Si-ansiktet av 266 nm. Carrier livstid ökar pH-värdet av vattenlösning minskar. Detta resultat visar att lägre pH har fler effekter på transportören livstid. Denna siffra har ändrats från Ichikawa et al.11 med behörigheter. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 8
Figur 8: Μ-PCD decay kurvan av n-typ 4H-SiC med excitation av injicerade photon täthet av 1014 eller 1015 cm−2 på Si ansikte av 266 nm. Mätning med hög magnetiseringen på fotonen densitet av 1015 cm−2 gör en mer gradvisa förfall kurva än med lägre photon densitet på grund av olinjäritet av mikrovågsugn reflektionsförmåga. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Discussion

I protokollet μ-PCD är steg 4.7 den viktigaste punkten. E – H tunern införlivades med lös kortslutning i E och H plan, respektive. Alltså flyttar kortslutningen E tuner eller H tunern ändrar amplitud och fas av den reflekterade mikrovågsugnen och maximerar signalen amplituden. Trimningen har en stor påverkan på vågformen i förfall kurvan och måste utföras strikt. Vid en svag signalstyrka där tuning kan vara svårt, kan några tiotals tuning medelvärden användas. För misslyckades tuning, är μ-PCD decay kurvorna inte observerbara; bara buller signalen av ett oscilloskop observeras. Figur 2 visar oscilloskop vågformen i ett sådant fall.

Det är lätt att mäta mycket resistiv prover eftersom det finns ingen lägre gräns för konduktivitet. När det prov resistivitet är låg eller när provet är tjock, är hud effekten av mikrovågsugn inte försumbar. Avståndet tills elektriska fältet intensiteten i mikron blir 1/e gånger kallas huden djup Equation 11 , som uttrycks av ekvation 9:

Equation 12(9)

där ω är kantiga frekvensen av mikrovågsugn och ε, ρoch μ representera provets Dielektricitetskonstant, resistivitet och permeabilitet, respektive. När det gäller Si och SiC, ungefärlig δ värden för 10 GHz mikrovågsugn var 9 mm vid 50 Ω∙cm, 2 mm vid 10 Ω∙cm, 500 μm på 1 Ω∙cm och 150 μm vid 0,1 Ω∙cm. Därför förlorar mätningar för prover med typiska tjocklekar (flera hundra mikron) på mindre än 0,1 Ω∙cm δ noggrannhet. Däremot, är mikrovågsugnen och optisk strålning incident från motsatsen till rånet i detta protokoll. En försumbar Skineffekten indikerar bättre mikrovågsugn och optisk strålning från samma sida.

Lägre gränser beror på resistivitet och tjocklek av provet som härrör från dess interaktion med mikrovågsugn. För mycket resistiv prover är typiska nedre gränserna för de överskjutande bärarna storleksordningen 1012 cm−3. Däremot, måste elektron-hål-spridning betraktas på överskjutande bärare större än 1016 cm−3, som diskuterats i ref. 13.

Μ-PCD decay kurvorna blev mild på hög excitation densitet på grund av proportionell av mikrovågsugn reflexion i överskjutande bärare koncentrationen sådan ekvation (3) skulle förlora sin giltighet13,25,26 och τ1/e skulle överskattas. Figur 8 visar kurvan μ-PCD förfall av en kemikalie mekanisk polering ytbehandling n-typ 4 H-SiC med excitation i Si-ansiktet av 266 nm under hög excitation intensitet.

Dessutom beror tidsupplösning på resultatet av mätningen apparaten som en exciteringskälla, ett oscilloskop och en förstärkare. Till exempel i denna studie apparaten bestod av en pulsad laser med pulsbredd 1 ns som exciteringskälla och ett oscilloskop har ett frekvensband på 500 MHz. Följaktligen, den minsta mätbara livstiden uppskattades till 2 ns.

Som tidigare nämnts, är μ-PCD mycket användbart för karakterisering av halvledare såsom Si. Ändå kan dess tillämpning utvidgas till andra material, exempelvis i fotoaktiva material inklusive TiO227,28,29,30.

Dessutom bortsett från de μ-PCD är TR-PL2 och TR-FCA infördes i tidigare avsnitt de andra två bärare livstid mätteknik. TR-PL observerar tid ändringen av fotoluminescens orsakas av transportören rekombination medan TR-FCA observerar tiden ändra sonden light absorption4. Specifikt, uppstår fritt fraktförare absorption när ljus med energi mindre än bandet klyftan är bestrålades under carrier excitation3. Ändå, jämfört med dessa två, μ-PCD direkt har påpekat elektrisk ledningsförmåga av mikrovågsugn och har en hög ytjämnhet och signal känslighet, vilket gör det den mer idealisk metoden för carrier livstid mätning för halvledarapplikationer enhet.

Disclosures

Författarna har något att avslöja.

Acknowledgments

Detta arbete stöds av Nagoya tekniska högskolan, Japan.

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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