DLTS-спектрометр

Предложенный в 1974 году Д. Лэнгом [1] метод DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy) до сих пор остается основным методом исследования центров захвата электронов и дырок в полупроводниках. В его основе лежат измерения релаксаций барьерной емкости диодной структуры после перезарядки центров, присутствующих в кристаллической решетке.

Основные преимущества метода DLTS :

• очень высокая чувствительность (возможна регистрация сигнала, обусловленного дефектами решетки с концентрацией менее 10¹⁰ см^-3),
• иллюстративность и скорость получения  информации   (DLTS-спектр, получаемый в результате одного температурного сканирования, показывает энергетическое распределение ловушек электронов и дырок в запрещенной зоне, а величина сигнала позволяет оценить их концентрацию в исследуемом образце ),
• определение основных параметров центров захвата (величины энергии связи, сечения захвата и концентрации) с высокой точностью,
• однозначная интерпретация  результатов (при соблюдении необходимых условий регистрируемый сигнал обусловлен  лишь  термоэмиссией  носителей  заряда  с глубоких центров).

Предлагаемый новый вариант спектрометра основывается на многолетнем использовании авторами метода DLTS для исследований полупроводниковых структур и сохраняет его основные особенности.

Изменения измерительной схемы позволили преодолеть ограничения, существующих при традиционном построении спектрометра.

Расширенные функциональные возможности нового универсального DLTS-спектрометра :

• измерения вольт-фарадных характеристик для определения величины концентрации мелкой легирующей примеси,
• измерения вольт-амперных характеристик для оценки качества диода и определения величины сопротивления базы,
• измерения действительной и мнимой компонент тока для оценки величин элементов эквивалентной схемы образца,
• возможность выбора частоты тестирующего сигнала в зависимости от величин емкости и объемного сопротивления диода,
• возможность выбора вида весовой функции для оптимизации разрешающей способности и чувствительности спектрометра,
• регистрация полного набора релаксационных кривых в процессе температурного сканирования для последующей обработки и анализа,
• реализация метода токовой спектроскопии CTS (Current Transient Spectroscopy) для исследований центров захвата в диодных структурах с высоким сопротивлением базы,
• реализация метода токовой спектроскопии CTS-FET (Field Transistor) для исследований центров захвата в каналах полевых транзисторов.

Пример : DLTS-спектры МДП-структур Au—AlN-(n—Si)

Рис. 1. DLTS-спектры МДП-структур Au-AlN-(n-Si) с пленками AlN толщиной 8, 38 и 120 нм. Наблюдаемые максимумы обусловлены перезарядкой электронных состояний на границе раздела AlN-Si. Их энергии термоактивации лежат в интервале 0.2-0.4 эВ, сечения захвата ~ 10^-20см², поверхностные плотности — 2*10¹⁰см^-2. Из результатов, полученных авторами ранее [2].

[1] Lang D.V. Deep level transient spectroscopy: a new method to characterize traps in semiconductors. J.Appl.Phys., 1974, vol.45, no.7, p.3022-3032.

[2] Bazlov N. V., Pilipenko N. V., Vyvenko O. F., Kotina I. M., Petrov Yu. V., Mikhailovskii V. Yu., Ubyivovk E. V., Zharinov V. S. Structural and Electrical Properties of AlN Layers Grown on Silicon by Reactive RF Magnetron Sputtering, STRANN 2016 AIP Conf. Proc. 1748, 040004-1–040004-9; doi: 10.1063/1.4954356 Published by AIP Publishing.

• Научные исследования.

Исследования процессов захвата и генерации свободных носителей в полупроводниковых материалах и структурах.

• Электронная промышленность.

Контроль качества при производстве :

• полупроводниковых кристаллов,
• биполярных диодов и транзисторов,
• слоев и интерфейсов в МДП-структурах,
• каналов полевых транзисторов