2.2.Стаціонарні методи вимірювання часу життя нерівноважних носіїв заряду

Стаціонарні методи вимірювання  характеризуються безперервною генерацією електронно-дірчастих пар в зразку протягом всього процесу вимірювань. Інжекція носіїв заряду, як правило, здійснюється або світловим, або електричним сигналом. При поглинанні світла в зразку відбуваються фотоелектричні процеси, тому таке світло називають фотоактивним. В деяких випадках для інжекції надмірних носіїв використовують потоки заряджених частинок, рентгенівське випромінення, СВЧ - випромінювання і т.д. Фотоактивне світло звичайно модулюють для відділення фотоелектричних процесів від темнових і фільтрації паразитних гармонік мережної частоти.

Розглянемо основні стаціонарні методи вимірювання L, і , найвживаніші в напівпровідниковій технології.

2.3.Фотоелектричний метод визначення довжини дифузії

Метод вперше запропонований Гоучером і заснований на збудженні об'ємної фотоерс за допомогою рухомої плями фотоактивного світла. Тому його часто називають методом рухомого світлового зонда.

У всіх варіантах цього методу на зразок поміщають пружинячий голчатий випрямляючий контакт (колектор). У відсутність світла різниця потенціалів між колектором і контактом рівна нулю. В початковий момент вимірювань контакт колектора освітлюють фотоактивним світлом, і між колектором і тильним контактом виникає фотоерс. У міру переміщення світлового зонда від контакту до периферії зразка ця фотоерс затухає по величині як якась функція переміщення х. Швидкість цього спаду залежить від довжини дифузії неосновних носіїв заряду.

У варіанті Гоучера (рис. 2.1 а) зразок є тонкою і однорідною пластиною, а світловий зонд – кругла пляма. В цьому випадку фотовідповідь може бути представлена у вигляді

(2.4)

де uо – максимальне значення фотовідповіді в точці х = о (колектор і світлова пляма суміщений), і звідки легко визначається L.

При автоматизованих вимірюваннях світловий зонд переміщають з деякою постійною швидкістю. Оскільки ця швидкість комбінується із швидкістю дифузії носіїв заряду, те значення L може виявитися різним для різних напрямів руху світлової плями (L+ і L- ), і тоді підраховують середнє геометричне з цих значень

L = .

Вальдес розвинув метод Гоучера стосовно масивних зразків і злитків (рис. 2.1 би). Світловий зонд є лінією (смужкою) на поверхні зразка, на геометрію якого накладається вимога напівнескінченності. В цьому випадку рішення рівняння описується достатньо складними функціями Ганкеля нульового порядку від уявного аргументу, і тому аналітичні розрахунки в практиці вимірювань не проводяться. Звичайно використовують номограму у вигляді сімейства теоретичних кривих f (x,L), вигравійованих на планшеті з оргскла, на яку потім

наносяться експериментальні крапки, і параметрично визначається

1 – зразок; 2 – джерело рівномірного білого світла; 3 – рухомий інфрачервоний зонд; – фотоприймач.

Рис. 2.2. Схема методу вимірювання дифузійної довжини по ІЧ-поглинанню на вільних носіях заряду

найбільш відповідне значення L.Згідно теорії Вальдеса довжина смужки повинна бути більше 4х _max, а ширина – менше 1/5 х _max.

Цей метод застосовується, в основному, при розбраковуваній злитків монокристалічного германію. Вимірювання проводяться на спеціально підготовленій плоскій вимірювальній доріжці уздовж створюючої злитка, яка послідовно шліфується крупним і більш дрібним абразивом, а потім відмивається і піддається травленню для зменшення ролі поверхневої рекомбінації. Діапазон значень L, що виміряються, від 1,0 до 5,0 мм при погрішності близько 20%.