Реферат: Определение времени жизни носителей в высокоомном кремнии. Влияние времени жизни на параметры высоковольтных приборов на кремнии

0.00396

0,00105

n-тип кремний

0,01120

0,00282

0,00075

р-тип кремний

0,00420

0,00105

0,00028

После засветки образца импульсом света напряжение на образце меняется по закону:

DV=DV₀ exp(-t/t_f ) (2.1)

где:

DV – напряжение на образце

DV₀ - максимальная амплитуда напряжения на образце

t - время

t_f - измеренное время экспоненциального спада.

В силу нескольких причин экспоненциальная форма сигнала (2.1) может быть искажена. Это может быть обусловлено как поверхностной рекомбинацией , скорость которой много выше обьемной, так и наличия глубоких уровней, на которых могут захватыватся носители. Устранение влияния поверхностной рекомбинации достигается 2 методами:

1) Использованием длины волны излучения, возбуждающего носители

больше 1 мкм (для этого применяются фильтры см. рис. 2.1.)

2) Использование образца соответствующих размеров (см. Таблицу 2.3)

Для устранения прилипания носителей используются два метода:

1) Нагревание образца до 70 °С

2) Фоновая постоянная подсветка образца.

Однако при использовании температурного метода необходимо иметь в виду, что время жизни сильно зависит от температуры образца ( ~ 1% на градус).

Поэтому при сравнении времен жизни на нескольких образцах необходимо следить, чтобы температурные условия измерений были одинаковы.

Кроме того необходимо удостоверится, что в проводимости учавствуют носители, воникшие в результате возбуждения импульсом света. Для этого напряжение смещения Vdc, поданное на измеряемый образец должно удовлетворять требованию:

Vdc £ (10⁶ ×Lc×L)/(500×m×t_f ) (2.2)

Где :

Lc – растояние от края области засветки образца до области контакта , мм

L – длина образца , мм

t_f - измеренное время экспоненциального спада, mS.

m - - подвижность неосновных носителей, см² /В×сек

Экспоненциальный спад тока фотопроводимости соответствует времени жизни в случае , если уровень инжекции фототока мал в сравнении с уровнем инжекции тока, протекающего под действием потенциала смещения. Это требование удовлетворено в случае выполнения соотношения:

DV₀ /Vdc £ 0.01 (2.3)

Если это условие не выполнено, то следует внести поправку в экспоненциальный спад тока фотопроводимости по формуле:

t_f = t_{f изм} ×[ 1- (DV₀ /Vdc) ] (2.4)

Где:

t_{f изм} - экспоненциальный спад тока фотопроводимости

t_f - экспоненциальный спад тока фотопроводимости после внесения поправки

После внесения этой поправки объемное время жизни неосновных носителей вычисляется по формуле :

t₀ = (t_f ^-1 – R_s )^-1 (2.5)

Где R_s определяется из таблицы 2.3.

Стандартом ASTM F28 – 91 при выполнении вышеперечиленых условий устанавливается погрешность ±50% для измерений на германиевых образцах и ±135% для измерений на кремниевых образцах.

Рис. 2.1. Блок схема установки по измерению времени жизни фотоэлектирическим методом.

3. Механизмы рекомбинации

По виду передачи энергии рекомбинирующих частиц различают три основных типа рекомбинации.

1. Рекомбинация называется излучательной, или фотонной, если энергия рекомбинирующих частиц выделяется в виде энергии фотона.

2. Если энергия частицы передаётся решетке (фононам) , то рекомбинация называется безизлучательной, или фононной.

3. Одним из видов безизлучательной рекомбинации является ударнaя ионизация ( процессы Оже ), когда энергия рекомбинирующих частиц передается третьей частице , которая благодаря этому становиться “горячей”. “Горячая” частица в результате нескольких столкновений передает свою энергию фононам.

Помимо этих трех основных механизмов, энергия рекомбинирующих частиц может передаваться электронному газу ( плазменная рекомбинация ). Если электрон и дырка образуют в качестве промежуточного состояния экситон, то такая рекомбинация носит название экситонной.

Фотонная, фононная и рекомбинация Оже могут протекать по разному в зависимости от механизма перехода электрона из зоны проводимости в валентную зону. Если частицы рекомбинируют в результате непосредственной встречи электрона и дырки, то такая рекомбинация называется прямой, или межзонной. Прямая рекомбинация играет роль в полупроводниках с малой шириной запрещенной зоны порядка 0,2 – 0,3 эВ и меньше.

Если ширина запрещенной зоны больше 0,5 эВ , то рекомбинация происходит через локализованные состояния , лежащие в запрещенной зоне. Эти сосстояния обычно называются рекомбинационными ловушками.

Предположим, что в полупроводнике имеются дефекты уровни энергии которых лежат в запрещенной зоне , а уровень энергии Et не занят электроном (дыркой). Возможен целый ряд процессов, схематически изображенных на

Рис. 3.1.

Рис. 3.1. Схемы рекомбинации носителей. Ес –дно зоны проводимости, Et – уровень в середине запрещённой зоны, Еv – уровень валентной зоны.

а)- нейтральный дефект захватывает свободную дырку

б)- отрицательно заряженый дефект отдает электрон в зону проводимости. Таким образом, электрон , побыв некоторое время

на уровне дефекта, вновь становится свободным. Если дефект с уровнем энергии Et осуществляет захват свободных электронов с последующим их освобождением , то он называется ловушкой захвата электрона;

в)- нейтральный дефект захватывает свободную дырку ( отдает электрон валентной зоне);