2.11.Вимірювання часу життя в електронно-дірчастому переході

При виготовленні приладів і мікросхем властивості висхідних напівпровідникових матеріалів істотно міняються. Зокрема, значення  падають до дуже малих значень. Тому вельми важливою задачею практичної метрології напівпровідників є вимірювання  безпосередньо в приладі для встановлення наявності або відсутності кореляції цього параметра з відповідним значенням  в матеріалі.

У принципі для такої мети можуть бути використаний різноманітні методи вимірювань малих часів життя.

Найбільше розповсюдження серед цих методів отримав

метод перехідних характеристик (recovery time), запропонований Лексом і незалежно від нього Кінгстоном в 1954 р. В російському варіанті назви цього методу укладено подвійне значення: вимірювання проводяться безпосередньо в p–n–переході, а сам метод заснований на вивченні динаміки перехідних процесів по струму і напрузі.

Вимірювання цим методом проводяться або в тестових p–n–переходах, або в приладах.

В одному з ранніх варіантів методу перехідних характеристик до p–n–переходу прикладали в пропускному напрямі короткочасну імпульсну напругу і спостерігали спад, який мінявся від лінійного до експоненціального. По лінійній ділянці спаду U в тимчасовому інтервалі t можна приблизно оцінити ефективний час життя в діоді по формулі

(2.13)

У варіанті Лэкса–кінгстона після прямого імпульсу струму (Inp) і після встановлення стаціонарного стану полярність напруги міняється і на осцилографі спостерігається зміна зворотного струму I _обр з часом. Виявляється

(2.14)

де Т – величина "сходинки" після зміни полярності.

Для розрахунку використовують те, що Т= при Inp = 5,4 Iобр і Т=0,23 при Inp =I_обр.

Фактично тут має місце звичайний метод модуляції провідності при малих рівнях інжекції.

Іноді оцінюють час життя в переході по частотній залежності випрямленого струму, або по зміні кута фазового зсуву між прикладеною напругою і струмом через p-n–перехід ( до 10-10с).

2.12.Апаратура для вимірювання часу життя нерівноважних носіїв заряду.

Вимірювання часу життя засновані на вивченні і контролі вельми обширного спектру фізичних величин: фотоерс, фотопровідність, контактні явища, поглинання ИК–излучения, нерівноважні електронні процеси, рекомбінація і т.д. З цієї причини їх апаратурне оформлення так само вельми різноманітно і, у відмінність, наприклад, від вимірювань ПЕО, проблеми уніфікації і стандартизації устаткування для вимірювання ще далекі до задовільних.

Вітчизняні установки для вимірювання часу життя морально і фізично застаріли і поступово сходять з сцени, поступаючись місцем апаратурі, що імпортується.

Для вимірювань дифузійної довжини неосновних носіїв заряду в германії була створена установка «Жало», заснована на фотоелектричному методі Вальдеса. Наприклад, один з варіантів цієї установки ЖК – 7806 дозволяє виміряти на злитках і на шайбах в діапазоні значень від 10² до 510³ мкс при точності вимірювань  20%.

Метод Шпітцера реалізований на установці типа «Салют», що включає генератор здвоєних імпульсів ГИС – 2 і осцилограф ПО – 4 (або СІ – 1). Установка забезпечує вимірювання часу життя на злитках кремнію в діапазоні 3 – 500 мкс при точності порядку  30%.

Вітчизняна промисловість свого часу так і не змогла розробити установку для вимірювання часу життя по загасанню фотопровідності. Тому була закуплена серія японських установок типу LM – 3A, забезпечуючих вимірювання часів життя великих 10 мкс на злитках і шайбах з точністю  20%.

Проблема створення такої установки полягає в реалізації інтенсивних високоточних і стабільних джерел імпульсного фотоактивного світла, які в японських установках з часом виходили з ладу і вимагали рівноцінної заміни. Лише з розробкою високовольтної (1200 В) лампи-спалаху ІСШ – 15, заповненою сумішшю криптону і ксенону, установки LM – 3A знову стали експлуатуватися.

Ситуація з апаратурою вимірювання часу життя по загасанню фотопровідності до теперішнього часу кардинально змінилася до кращого у зв'язку з використовуванням імпульсного лазерного випромінювання і вбудованих ЕОМ. Це істотно розширило діапазон вимірювань, різко підвищило їх точність і дозволило одержувати кінцевий результат у вигляді карти розподілу по контрольованому зразку.

Один з кращих варіантів такої установки, розробленою американською фірмою «Семілаб» (Semiconductor Physics Laboratory),

Рис. 2.5. Установка вимірювання часу життя по загасанню фотопровідності фірми

"Семілаб" (WT-85 Life Time Scanner)

В установці використаний GaAs – лазер потужністю 15 Вт при довжині хвилі випромінювання 904 мм і ЕОМ з 486-м мікропроцесором і монітором VGA.Установка виміряє в інтервалі 0,1 мкс - при точності  1%. Кольоровий принтер дозволяє будувати карти розподілу в заданих крапках і напрямах.

Свого часу спільно з ГДР був розроблений і випущений в експлуатацію тауметр типу не – 109, заснований на фазовому методі, який дозволяє контролювати злитки кремнію з >300 мкс при точності вимірювань  1%.

В державному університеті Томська були розроблені безконтактні тауметры типа «Сибірь», забезпечуючі вимірювання дуже високих часів життя (до 104 мкс) з підвищеною точністю ( 1%).