Спосіб вимірювання приповерхневого електростатичного потенціалу в напівпровіднику

Винахід відноситься до напівпровідникового матеріалознавства і може також використовува тись в напівпровідниковому приладобудуванні. Відомий спосіб вимірювання приповерхневого потенціалу в напівпровідникових кристалах, в основу якого покладено вимірювання поверхневої фо то-ЕРС (Ржанов А.В. Электронные процессы на поверхности полупроводников. - М.: Наука, 1971. - 480с.). Недоліком цього способу є необхідність забезпечення сукупності спеціальних умов вимірювання: тонкого зразка, попереднього визначення його об'ємних властивостей, знехтування зміною поверхневої електропровідності внаслідок фотозбудження а також незмінності повного поверхневого заряду. Зрозуміло, що все це зумовлює неоднозначність вимірювання приповерхневого електростатичного потенціалу у багатьох конкретних випадках. Найбільш близьким за технічним змістом є спосіб вимірювання приповерхневого потенціалу (Komar V.K. et al. Investigation of localized states in cadmium zinc telluride crystals by scanning photodielectric spectroscopy // Appl. Phys. Letters. - 2002. - Vol.81, Issue 22. - P.4195-4197), в основу якого покладено вимірювання приросту е фективних значень діелектричної проникності De'еф( l ) та коефіцієнта діелектричних втрат De"еф( l ) , зумовленого дією на зразок монохроматичного фотозбудження. Довжину хвилі фотозбудження l плавно змінюють, потім будують залежності De'еф (l ) - De"еф( l ) в комплексній площині. З діаграми De'еф (l ) - De"еф( l ) отримують значення довжини хвилі l i , що обмежують окремі ділянки цієї діаграми. Кожному із значень l i , ставлять у відповідність енергетичний рівень, глибина залягання якого відносно верхньої межі валентної зони визначається як h ×c E* = Eg ( Eg - ширина забороненої зони, h - стала Планка, c - швидкість світла). Групуючи попарно кілька i li (не менше чотирьох) E* з найменшими значеннями так, щоб їх різниця була приблизно однаковою для різних i пар, визначають електростатичний потенціал js як середнє значення вказаної різниці. Недоліки цього способу пов'язані з використанням лише планарної схеми розміщення електродів на досліджуваному зразку. Внаслідок цього неможливо відрізнити енергетичні рівні, зміщені при поверхневим електростатичним полем, від інших, що робить неоднозначним порівняння відповідних глибин залягання E* , отже й вимірювання js . i Крім того, у вказаному способі відсутнє однозначне визначення граничної довжини хвилі використовується при розрахунках E* . i l i , яка Зокрема, запропоноване у прототипі визначення 2, як довжини хвилі, при якій спостерігається злам залежності De'еф (l ) - De"еф( l ) , не можна використовувати при досліджені деяких кристалів, наприклад ZnSe, для яких в домішковій області фоточутливості типові дугоподібні ділянки цієї залежності. В основу винаходу покладено задачу забезпечення однозначності визначення приповерхневого електростатичного потенціалу (ПЕП) з одночасним розширенням класу досліджуваних кристалів. Поставлена задача вирішується тим, що в способі вимірювання ПЕП шляхом отримання залежності від довжини хвилі фотозбудження приросту ефективних значень діелектричної проникності і коефіцієнта діелектричних втрат зразка та побудови в комплексній площині відповідних діаграм, з котрих визначається характеристична довжина хвилі l i та глибина залягання відповідного енергетичного рівня відносно верхньої межі валентної зони E j , гр упування найменших E j попарно так, щоб їх різниця мала близькі значення, знаходження середньої величини цієї різниці вимірювання приросту ефективних значень діелектричної проникності та коефіцієнта діелектричних втрат в залежності від довжини хвилі світла послідовно виконують при планарній та об'ємній схемі розміщення електродів на зразку, будують відповідні діаграми De'еф (l ) - De"еф( l ) та отримують значення довжини хвилі l i , яким відповідають мінімуми радіусу кривизни кожної з діаграм. Кожному з l i , ставлять у відповідність енергію кванта світла Ei = h ×c , що зумовлює зміну зарядового стану фотоактивного li центру, та глибину залягання акцепторного рівня відносно верхньої межі валентної зони Використовуючи E j E j = Eg - Ei . з найменшими значеннями для планарної EП та об'ємної EО схем розміщення електродів, j j груп ують EП та EО попарно так, щоб для кожної пари різниця DE = EП - EО мала близькі значення. Визначають j j j j DE , що дорівнює js . На відміну від відомого способу, обраного за прототип, в запропонованому способі визначення ПЕП вимірювання приросту ефективних значень діелектричної проникності та коефіцієнта діелектричних втрат в залежності від довжини хвилі світла l виконують послідовно при планарній та об'ємній схемі розміщення електродів на зразку. Завдячуючи цьому забезпечується однозначність визначення js . Визначення довжини середню величину хвилі сві тла l i , якій ставлять у відповідність енергію кванта світла, що зумовлює зміну зарядового стану фотоактивного центру, здійснюють по мінімуму радіуса кривизни вказаної діаграми. На фігурах зображено: фіг.1. - блок-схема пристрою для визначення js . Де: 1 - джерело світла; 2 конденсор; 3 - монохроматор; 4 - електричний екран; 5 - електроди, розміщені на зразку за планарною схемою; 6 зразок; 7 - ізолятор; 8 - високочутливий міст перемінного струму. Фіг.2 - об'ємна схема розміщення електродів на досліджуваному зразку (позначення ті ж, що на фіг.1). Фіг.3 - діаграма De'еф (l ) - De"еф( l ) , що отримана при розміщенні електродів за планарною схемою. Табл. 1 - сукупність граничних довжин хвиль l i та параметрів EП j та EП для приведеної на фіг.3 діаграми, що отримана для монокристалу селеніду цинку. j Спосіб здійснюється при кімнатній температурі та нормальному атмосферному тиску за допомогою установки, блок-схема якої зображена на фіг.1. При цьому світло від джерела 1 послідовно проходить крізь конденсор 2, та монохроматор 3, падаючи на вільну від електродів 5 поверхню зразка 6. Останній знаходиться у електричному контакті з електродами, що з'єднані з прецизійним мостом перемінного струму 8. Екран 4 забезпечує захист сигналу вимірювань від зовнішніх електричних впливів. Ізолятор 7 забезпечує електричну ізоляцію зразка та електродів від екрану. Розміщення електродів 5 на зразку 6 та напрямок розповсюдження світла при об'ємній схемі фотозбудження зразка показані на фіг.2. Для розширення класу досліджуваних матеріалів та забезпечення однозначності вимірювання приповерхневого електростатичного потенціалу виконуються такі операції: а) зразок 6 поміщають на ізолятор 7, що також знаходиться в екрані 4; б) на зразку розміщують електроди 5 за планарною схемою; в) встановлюють на монохроматорі 3 довжину хвилі світла з області нечутливості зразка; г) вмикають джерело світла 1 та міст перемінного струму 8; д) визначають початкові значення приросту ефективних діелектричної проникності De'еф( l ) та коефіцієнта діелектричних втрат De"еф( l ) ; е) плавно змінюючи довжину хвилі сві тла l в бік області фоточутли вості, визначають сукупність значень De'еф( l ) та De"еф( l ) , що відповідає всій області фоточутливості зразка; ж) будують діаграму De'еф (l ) - De"еф( l ) в комплексній площині (фіг.3); з) визначають величини довжини хвилі l i , що відповідають мінімальним значенням радіусу кривизни діаграми; і) розміщують електроди на зразку та спрямовують на нього світло згідно об'ємної схеми фотозбудження (фіг.2); й) повторюють операції в) - з); потім h ×c л) кожному з l i , обох діаграм ставлять у відповідність енергію кванта світла Ei = , що зумовлює зміну li зарядового стану фотоактивного центру, та глибину залягання акцепторного рівня відносно верхньої межі валентної зони E j = Eg - Ei . Використовуючи E j з найменшими значеннями для планарної EП та об'ємної EО схем j j фотозбудження, групують їх попарно так, щоб для кожної пари різниця DE = EП - EО мала близькі значення. j j Визначають js як середню величину DE .