3.5. Методи визначення ступеню компенсації домішок в напівпровідниках

Найважливішою задачею практичної метрології напівпровідників є роздільне визначення концентрації донорів (Nд) і акцепторів (Na). Якщо в напівпровіднику донори і акцептори містяться в приблизно рівній концентрації, то електрони, що віддаються донорами, захоплюються безпосередньо акцепторами, і, таким чином, в провідності беруть участь переважно власні носії заряду. Такий напівпровідник називають компенсованим і як міра ступеня компенсації вводять коефіцієнт .

Компенсовані напівпровідники в першому наближенні виглядають як власні, тобто чисті. Ця компенсація негативно позначається на параметрах приладів і мікросхем в основному із двох причин:

1. Оскільки в компенсованих напівпровідниках велика сумарна концентрація іонізованих домішок Ni= Nd+N , значення рухливості і часу життя носіїв заряду в них менше, ніж в чистих зразках.

2. В технологічному циклі виготовлення приладів і мікросхем «рівновага» між Nd і N зсовується в ту або іншу сторону через процеси дефектоутворення, комплексоутворення , випаровування, дифузії і інше., що приводить до погіршення і нестабільності їх показників якості.

При NdN (NdN ) ступінь компенсації До0. Якщо Nd=N , то К=1 (повна компенсація). Проте, величина ступеня компенсації не повністю характеризує матеріал, оскільки вона не залежить від абсолютних значень Nd і N , тобто, кінець кінцем, від сумарної концентрації. Тому доцільно ввести так званий чинник компенсації

= (3.14)

Існує безліч методів визначення ступеня компенсації або роздільного змісту донорів і акцепторів в напівпровідниках.

Проте досвідчені фахівці «відчувають» компенсований матеріал навіть по деяких «зовнішніх ознаках». Зокрема, сигналом про можливу компенсацію може бути переважання р-типа провідності, оскільки при NdN _Н завжди повинна бути більше _р через . У ряді випадків настороженість викликають завишені проти розрахункових або табличних значення ПЕО, що в компенсованих напівпровідниках пов'язано з додатковим розсіянням через підвищений сумарний вміст домішок Nd+N і з відповідним заниженням рухливості носіїв заряду.

Основна ідея роздільного визначення Nd і N _{полягає в одночасному вимірюванні} ПЕО і холівської рухливості, що дозволяє визначити їх значення з системи двох рівнянь з двома невідомими:

(3.15)

Розглянемо деякі методи роздільного визначення Nd і N .

Метод Буша-Вінклера.

Це класичний метод, який полягає в дослідженні температурного ходу залежності  або Rн (або і того і іншого) і у визначенні концентрації і сорту (тобто хімічної природи) домішки.

Компенсація визначається якісно по нахилу температурної залежності.

Хай NdN ; nd – концентрація неіонізованих донорів; Ndnd - концентрація іонізованих донорів. Прості обчислення, отримані з використанням умови електронейтральності n+ N= Ndnd, дають два варіанти:

1. Некомпенсований напівпровідник, N  n:

(3.15)

2. Компенсований напівпровідник, N n:

(3.16)

де Nс – густина вільних станів в зоні провідності, - енергія активації донорів.

Таким чином, для некомпенсованого напівпровідника нахил кривої ln n=f(1/T) рівний, а для компенсованого він рівний /