Спосіб визначення концентрації незаповнених глибоких центрів в польових транзисторах з бар’єром шоткі

Способ определения концентрации незаполненных глубоких центров в полевых транзисторах с барьером Шотки, включающий измерение зависимости тока от напряжения между омическими контактами и вычисление искомой величины, отличающийся темА что напряжение между омическими контактами прикладывают в виде двух импульсов, длительностью не менее 10" с и временем между ними, лежащем в интервале (10'1 - Ю^с), причем амплитуда второго импульса фиксирована и соответствует линейному участку вольтамперных характеристик, и, изменяя амплитуду первого импульса V, , измеряют зависимость тока второго импульса 12 от V,, находят такое значение У,„, при котором //К/)//г(0)=0,95, и по этому значению Vln определяют концентрацию незаполненных глубоких центров в подложке под затвором с помощью решения системы уравнений: \\ h kT nm(0) N.+Nu см О ~ dy А(0) (О 21/ м г»м ЕЛ0) 1— / , kT К іЛ ^^ kT і dy + Г kT ! Я Щу)+-1— c(v)+ = JV,-JV, kT h 27246 qN0 dy Л.+/І, n. =N. где Wc - эффективная плотность состояний в зоне проводимости полупроводника, для арсенида галлия =4,3 10 17 с м ^ ; /-длина затвора; h - толщина пленки, к - постоянная Больцмана; q - заряд электрона; е- диэлектрическая проницаемость арсенида галлия; єо - электрическая постоянная; п, - параметр Шокли-Рида, определяемый глубиной залегания центра, п, - концентрация носителей в глубине подложки, No - концентрация мелких доноров в пленке; Ns - концентрация мелких доноров в подложке; N, - концентрация глубоких центров в подложке. Изобретение относится к области полупроводниковой техники, в частности, к области межоперационного контроля при изготовлении полупроводниковых приборов. Известен способ определения концентрации незаполненных глубоких центров Nti в полуизолирующих пластинах (подложках), основанный на измерении вольтамперных характеристик (ВАХ), определении пороговых значений напряжения инфекционного пробоя и вычислении Nts no формуле (J.A. Courst. Physics Status Solidi.- 1996. - v 15. № 1 - P 107-118). Однако измерение концентрации незаполненных глубоких центров вблизи поверхности подложки до создания на ней пленки неинформативно, т к, в процессе нанесения пленки и создания на ней контактов в подложке на границе с пленкой возникают новые глубокие центры (Мильвидский М.Г., Освенский В.Б. Структурные дефекты в эпитаксиапьных слоях полупроводников.-М Металлургия, 1985.-159с). центрация незаполненных глубоких центров Nu вычисляется по формуле, в состав которой входят параметры пленки. Недостатком этого способа является то, что он позволяет получать интегральное значение Nls, т.е. будучи применен к полевым транзисторам способ не дает информации о значении Nts под затвором, а именно эта область полевых транзисторов с барьером Шотки (ПТШ) определяет свойства прибора. Дело в том, что в арсенидгаллиевых полевых транзисторах в полях, превышающих порог междолинного переноса (область насыщения ВАХ ПТШ) в пленке под затвором формируется статический домен. Поле этого домена имеет составляющую, направленную в подложку, способствующую переходу избыточных электронов из области домена в пленке на глубокие уровни подложки, приводя к локальному, в области затвора, изменении ширины перехода пленка-подложка и, следовательно, эффективной толщины пленки. Именно этот механизм ответственен за такие аномалии вольтамперных характеристик ПТШ, как долговременный дрейф параметров, частотная зависимость ВАХ и т.д. (Явления токопереноса в тонкопленочных арсенидгаллиевых структурах/ Костылев С.Д., Прохоров Е Ф , Уколов A T - Киев; Наукоаа думка, 199О.-144с), Поэтому получение информации о концентрации незаполненных глубоких центров в подложке Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ определения концентрации незаполненных глубоких центров в подложке тонкопленочных, пленарных структур (диодов, полевых транзисторов) вблизи границы пленка-подложка (А С СССР № 1336862, HOIL 21/66), Данный способ заключается в создании на подложке управляющего электрода, измерении зависимости тока, протекающего по пленке между омическими контактами, от напряжения, определении по этой зависимости тока насыщения, подаче отрицательного напряжения vg на управляющий электрод на подложке и измерении изменений тока насыщения А/ Причем величина Vg должна превосходить V^p - пороговое напряжение эффекта обратного управления. Кон под затвором полевого транзистора чрезвычайно важно, поскольку позволяет прогнозировать качество полевых транзисторов. Изобретением решается задача определения концентрации незаполненных глубоких центров в подложке вблизи границы с пленкой под затвором полевого транзистора. 27246 Для решения задачи в способе проводят измерения зависимости тока от напряжения между омичзскими контактами и вычисление искомой величины, причем напряжение к омическим контактам прикладывают в Риде импульсов, длительностью не менее 10"7с. Промежуток времени между импульсами выбирают из интервала (10' - Ю ^ с ) Амплитуда второго импульса напряжения фиксирована и соот ветствует линейному участку ВАХ Измеряют зависимость тока второго импульса /2 от величины V, - амплитуды первого импульса напряжения, находят значение V,,,, при котором I2(Vltj/I2(0)=0,95. Используя это значение V!n. при решении следующей системы уравнений определяют концентрацию незаполненных глубоких центров в подложке под затвором dy V2 = \Eydy; kT nm(0) _ A '\Eydy+\Eydy 'J nm(0) -С(у) N. NtsNot{y) 2Nls-t(y) я = \n m L In A D = B +C где ЛГС - эффективная плотность состояний в зоне проводимости полупроводника, для арсенида галлия =4,3-10 1 7 см 3 , /- длина затвора, h - толщина пленки, к - постоянная Больцмана, q - заряд электрона, є - диэлектрическая проницаемость арсенида галлия. ЕО - электрическая постоянная, п, - параметр Шокли-Рида, определяемый глубиной залегания центра, п, - концентрация носителей в глубине подложки, No - концентрация мелких доноров в пленке; Ns - концентрация мелких доноров в подложке; N, - концентрация глубоких центров в подложке. 27246 Сопоставительный анализ показывает, что по сравнению с прототипом заявляемое техническое решение обладает новизной Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема следования импульсов в предлагаемом способе; на фиг. 2 - экспериментально полученная зависимость тока второго импульса нормированного к 12(0) от V, амплитуды первого импульса напряжения; на фиг. 3 - показано распределение потенциальной энергии в поперечном сечении полевого транзистора с барьером Шотки; на фиг. 4 - приведены зависимости h(Yd^h о т vu рассчитанные для различных значений Nls; на фиг. 5 приведена блоксхема установки для проведения измерений Nlt\ на фиг. 6 - зависимости !Н0С/ІнаСіі от - / Суть предлагаемого способа заключается в следующем. На омические контакты ПТШ подается первый импульс напряжения с амплитудой V, (фиг. 1), вызывающий формирование статического домена сильного поля под затвором. Поле этого домена имеет составляющую, направленную к подложке. Эта составляющая поля инициирует появление в подложке избыточных электронов с последующим захватом на незаполненные глубокие уровни, рост связанного заряда и уменьшение эффективной толщины пленки под затвором. Этот процесс можно зафиксировать по изменению тока второго импульса Л12 , амплитуда которого мала и соответствует линейному участку вольтамперных характеристик. Длительность импульсов должна быть достаточной для того, чтобы прошел захват электронов на глубокие уровни, т.е. должна быть не менее 10"7 с (Прохоров Е.Ф. Формирование неустойчивостей в GaAs, обусловленных взаимодействием дрейфовой и рекомбинационной нелинейностей // Украинский физический журнал.1982.-т.27,№8.-С. 1194-1197). Необходимо, чтобы импульсы отстояли друг от друга на время, достаточное для релаксации объемного заряда, образованного свободными носителями (10"1° с), но меньше времени релаксации захваченных электронов (Ю^с) (Костылев С.А., Погорелая Л М., Привалов В.Н. Эффекты сильного поля в диодах Ганна с глубокими центрами // Физика и техника полупроводников. -1974. -т.8,№1. №с.87-90.) Излияния тока второго импульса будут иметь место лишь тогда, когда амплитуда V, первого импульса будет достаточна для формирования в пленке статического домена, появление которого сопровождается захватом электронов на глубокие уровни подложки. То есть зависимость ]2. от V, имеет пороговый характер. Пороговое значение Vln удобно определять по 5 % изменению тока второго импульса -0,05 (Это равносильно тому, что величина h(Vff}/I2(0)= =0,95 фиг 2). Зная величину V,,, можно определить концентрацию незаполненных глубоких центров N,4 в подложке вблизи границы с пленкой -в области затвора. Опишем подробнее метод определения Пусть дана арсенидгаллиевая структура низкоомная пленка-высокоомная компенсирова нная подложка с двумя омическими контактами (исток и сток) и расположенным между ними барьерным контактом (затвор) на пленке. Пленка содержит только мелкие доноры с концентрацией No, а подложка — мелкие доноры и компенсирующие их глубокие центры захвата с концентрацией Ns и N, соответственно. Начало системы координат поместим на границу раздела пленки с затвором с его истокового конца и ось ОУ направим от истока к стоку, а ось ОХ - в сторону подложки. Пусть к затвору относительно истока приложено отрицательное напряжение V3, а к стоку - положительное напряжение V,. Будем считать, что продольное электрическое поле Еу присутствует только в пленке и при этом не зависит от координаты х; Пусть V; достаточно для формирования под затвором статического домена, т.е. таково, что при некотором у=1, СО (3) где я, - концентрация носителей в глубине подложки, связанная с л\, Л1,- л/ условием нейтральности N, п. Следующий существенный шаг обычен при рассмотрении структур типа ПТШ и состоит в пренебрежении изгибом линией тока (этот шаг тесно связан с предположением о независимости продольного поля Еу от х) Отсюда следует условие на составляющую плотности тока по оси ОХ 1Х = 0, приводящее к больцмановскому распределению носителей в поперечном сечении дп ч дх кТ пЕ. (4) Здесь фь — высота барьера со стороны металла, Л;с - плотность состояний в зоне проводимости полупроводника, п,(у) - концентрация свободных носителей в плоскости перехода пленкаподложка Поскольку практически все напряжение истоксток падает в подзатворной области можно записать V, = \Eydy Положим далее что области обеднения барьера и перехода пленка-подложка сом кнуты настолько, что концентрация свободных носителей в пленке много меньше концентрации ионизированных доноров, т е nm(y)«N0 В этом случае уравнение (I) легко интегрируется, что в сочетании с (4) дает для пленки Бездиффузионное приближение для продольного тока в сочетании с пренебрежением изгибом линий тока дает следующее представление для тока исток-сток и (5) где W— ширина пленки, V — дрейфовая скорость электронов Будем пользоваться следующей аппроксимацией о- Е зависимости \рЕ, ^ •' 1 Иг г** (8) х —х = пт ехр где L = 2 єєЛТ -длина Дебая Поскольку толщина пленки составляет величину порядка 10 ld то пределы интегрирования в (5) можно устремить к бесконечности и получить для тока /„» Е