Спосіб визначення ефективної концентрації основних носіїв заряду в базі широкозонного діода

Спосіб визначення ефективної концентрації основних носіїв заряду в базі широкозонного діода, що включає вимірювання залежності бар'єрної ємності діода від зворотного зміщення, який відрізняється тим, що ефективну концентрацію основ них носіїв заряду в базі діода визначають шляхом фіксації напруги змикання діода в процесі вимірювань, при досягненні нульового значення похідної бар'єрної ємності діода по напрузі, а величину ефективної концентрації основних носіїв заряду в базі діода визначають по наступній формулі: 2 aUC , n qd 2 Корисна модель відноситься до технології напівпровідникових приладів і мікросхем і, зокрема, до способів вимірювання основних електрофізичних параметрів напівпровідникових діодів. Одним з основних способів визначення концентрації носіїв заряду в напівпровідникових діодах є спосіб виміру вольт-фарадних характеристик, що має велику кількість варіантів реалізацій і модифікацій. Відповідно до класичної реалізації способу (Sze S.M. Physics of Semiconductor Devices. N.Y., Wiley, 1981, p.86-88. - прототип), концентрація основних носіїв заряду в базовій області діодної структури з різким несиметричним р-n-переходом визначається шляхом виміру залежності бар'єрної ємності діода від зворотного зміщення. Отримана залежність, побудована в координатах 1/C2=f(-U) являє собою теоретично пряму лінію, кут нахилу якої до осі абсцис і визначає концентрацію основних носіїв у базі діодної структури. Основним недоліком даного способу є висока погрішність результатів, оскільки на практиці вищевказана залежність виявляється кривою або ламаною лінією і може бути лише апроксимована прямою. І, крім того, графічний спосіб визначення значення фізичної величини завжди має більшу погрішність у порівнянні з чисельними способами. Слід також зазначити відносно високу трудомісткість і низьку оперативність зазначеного способу визначення концентрації основних носіїв заряду. Задачею корисної моделі є створення способу визначення ефективної концентрації основних носіїв заряду в базі широкозонного діода, в якому шляхом фіксації напруги змикання діода, а також застосування спрощеної обчислювальної формули можливо було б визначати концентрацію основних носіїв заряду в базі діода більш точно, оперативно і з меншими зусиллями. Це досягається тим, що в способі визначення ефективної концентрації основних носіїв заряду в базі широкозонного діода, що включає вимірювання залежності бар'єрної ємності діода від зворотного зміщення, ефективну концентрацію основних носіїв заряду в базі діода визначають шляхом фіксації напруги змикання діода в процесі вимірювань при досягненні нульового значення похідної бар'єрної ємності діода по напрузі, а величину ефективної концентрації основних носіїв заряду в базі діода визначають по наступній формулі: 2 aUC , n qd 2 де a - абсолютна діелектрична проникність ма (19) UA (11) 47826 (13) U теріалу бази діода, UC - напруга змикання діода, q - елементарний заряд, d - товщина бази діода. 3 де a 47826 - абсолютна діелектрична проникність матеріалу бази діода, UC - напруга змикання діода, q - елементарний заряд, d - товщина бази діода. Хід залежності бар'єрної ємності діода від зворотного зміщення має яскраво виражений нелінійний характер і для різких несиметричних р-n1/2 переходів описується залежністю виду C=f(1/U ). В процесі вимірювання вольт-фарадної характеристики при значенні зворотного зміщення на діоді U UC спостерігається асимптотичне наближення залежності до деякого постійного значення C0 . Параметр C0 залежить від температури, а також від геометричних і діелектричних властивостей матеріалу бази діода. Величина UC - це таке значення зворотної напруги, при якому область об'ємного заряду p-n-переходу поширюється на весь об'єм бази діода. У технології напівпровідникових приладів її називають напругою змикання діода. При цьому всі домішкові центри в базі діода іонізовані і подальша зміна ємності не відбувається, тобто виконується умова рівності нулю похідної бар'єрної ємності по напрузі. Ця умова дозволяє отримати формулу для визначення ефективної концентрації основних носіїв заряду в базі широкозонного діода, виходячи з наступних міркувань. Бар'єрна ємність планарного різкого р-n-переходу, зворотна напруга на якому більше або дорівнює UC , може бути досить точно визначена по формулі ємності для плоского конденсатора, обкладинками якого є n- і р-області діода, заряджені відповідно позитивно і негативно (у допущенні, що всі домішкові центри при цьому іонізовані): 0S , C d де S - площа p-n-переходу, d - товщина бази діода, - абсолютна діелектрична проник0 a ність матеріалу бази діода. З іншого боку, із загального визначення ємності: Q, C U Комп’ютерна верстка А. Рябко 4 де Q - заряд, U - напруга. Сумарний заряд, зосереджений на одній з "обкладинок конденсатора" (n- або р-область діода) дорівнює: 1 Q qnV , 2 де q - елементарний заряд, V S d - об'єм області бази діода, n - концентрація основних носіїв заряду (у даному випадку в базі діода), що визначається як різниця концентрації донорів і акцепторів: n ND NA . Підставляючи формули для ємності плоского конденсатора і заряду в загальну формулу для ємності і вирішуючи отриманий вираз відносно n , отримаємо формулу для обчислення концентрації основних носіїв заряду в базі діода: 2 aUC n . qd 2 Визначення концентрації основних носіїв заряду в базі широкозонного діода проводили на установці для виміру вольт-фарадних характеристик ИЕД 1-1000. Для вимірювань використовували зразки діодних структур р+-n-типу на основі фосфіду галію. На випробувані зразки подавалося зворотне зміщення у діапазоні 0 100 В. При значеннях зворотної напруги порядку 74 76 В подальшої зміни величини бар'єрної ємності діодної структури не спостерігалося, тобто зафіксоване значення напруги змикання діодів склало UC 75 В. При товщині бази вимірюваних діодів d 2,7 3,2 мкм і відносній діелектричній проникності фосфіду галію 11,1 обчислені по запропонованій формулі значення ефективної концентрації основних носіїв заряду склали: -3 n 2,12 10 16 6,35 10 16 см , що добре узгоджується з результатами вимірювань концентрації основних носіїв, отриманими іншими способами. Запропонований спосіб може застосовуватися в напівпровідниковому виробництві на завершальних стадіях технологічного процесу виготовлення діодів, а також у лабораторних дослідженнях дослідних зразків діодних структур для експрес-оцінки концентрації основних носіїв заряду в базовій області приладу. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601