2.6.Метод модуляції стаціонарної фотопровідності.
Для вимірювання малих часів життя (до 10–3 мкс) може бути використаний метод, заснований на тому, що через напівпровідниковий зразок пропускається струм (в режимі генератора струму), і його освітлюють модульованим світлом, що створює генерацію електронно-дірчастих пар в концентрації
(2.7)
де G – швидкість генерації.
Суть
методу полягає в тому, що величину
визначають по зміні опору зразка при
освітленні, а G знаходять або по струму
короткого замикання еталонного фотодіода,
виготовленого з матеріалу з великим
,
або шляхом вимірювання зразка з відомим
.
Звичайно використовують світловий потік, модульований з певною частотою ( 75 125 Гц) за допомогою диска з прорізом. Вимірювальний сигнал посилюється резонансним підсилювачем і відділяється таким чином від перешкод. Для розрахунку величини використовується формула
(2.8)
де - довжина зразка; r – опір, включений послідовно із зразком; Ro – темновий опір зразка; u – напруга, прикладена до зразка; - зміна опору зразка при його освітленні.
До недоліків методу слід віднести трудність визначення G, з якою пов'язана його основна погрішність, і вплив рівнів прилипання.
Метод вимірювання часу життя по зміні добротності контура.
Ідея методу полягає в тому, що при внесенні зразка у високочастотний контур виміряють його добротність без світла (QТ) і при освітленні фотоактивним світлом (Qф). При цьому виявляється, що
(2.9)
де до – якийсь коефіцієнт пропорційності, значення якого встановлюється шляхом вимірювання зразків з наперед відомим . Метод дуже простий і продуктивний, хоча і недостатньо точний, що пов'язано з помилками у визначенні до. Тому він частіше всього використовується для попередньої розбраковуваної в напівавтоматичному режимі напівпровідникових кристалів і пластин в умовах масового виробництва.
2.8.Нестаціонарні методи вимірювання часу життя нерівноважних
носіїв заряду
Нестаціонарні методи вимірювання часу життя характеризуються короткочасним (імпульсним) процесом введення надмірних носіїв заряду в зразок. Вимірювання часу життя грунтується або на дослідженні загасання надмірної концентрації носіїв заряду з часом, або на визначенні кута фазового зсуву між первинним сигналом генерації і вторинним у відповідь сигналом (наприклад, сигналом фотопровідності).
Розглянемо основні нестаціонарні методи вимірювання часу життя, найбільш широко вживані в промисловості переважно для контролю кремнієвих монокристалічних злитків і пластин.
Метод загасання фотопровідності.
Це основний метод вимірювання, який найбільш поширений як в СНГ, так і за кордоном. Принципова схема реалізації методу дуже проста: через зразок у формі прямокутного паралелепіпеда (пластини) пропускається струм в режимі генератора струму, потім в певний момент часу зразок освітлюється коротким П–образним імпульсом світла від газорозрядної лампи–фотоспалаху, іскри розрядного конденсатора або лазера. Інжектовані носії заряду рекомбінують на поверхні і в об'ємі напівпровідника, а стимулююча ними фотопровідність з часом затухає від її початкового максимального значення до нуля. Спад фотоЕРС відбувається по експоненціальному закону:
(t)=
(2.10)
де
- темнова
провідність;
- фотопровідність; А – деяка константа.
Таким
чином, можна визначати як
,
так і S (згідно формулі 1.37).
Існує безліч модифікацій цього методу, відмінних способом збудження фотопровідності і реєстрації сигналу вимірювальної інформації.
При вимірюваннях методом загасання фотопровідності слід дотримувати деякі умови:
відстань плями світлового імпульсу до контактів і країв зразка повинна перевищувати декілька дифузійних довжин;
у вимірюваннях використовується експоненціальна ділянка кривої загасання, віддалена від її початку принаймні на 2 ;
величина напруженості електричного поля не повинна перевищувати 5 В/см;
для виключення впливу рівнів прилипання необхідне постійне підсвічування зразка в процесі вимірювань.
Метод загасання фотопровідності охоплює діапазон вимірювань від десятих часток мкс до десятків мілісекунд і S до 103 104 см/с. Застосовується цей метод переважно для пластин кремнію і германію. Точність методу для злитків не дуже висока ( 20%). В кращих зарубіжних варіантах установок з використанням вбудованих ЕОМ при вимірюванні пластин досягається точність до 0,1 %.