199021. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és mérési elrendezés félvezető anyagok, különösen egykristály szeletek mély nívóinak nem destruktív úton történő kimutatására
7 HU 199021 B 8 megmunkált sík felülete van. A vizsgálandó félvezető egykristály 12 szelet ezen a felületen fekszik fel, rendszerint kör alakú, átmérője 100-150 mm, vastagsága pedig 0,5-1 mm közé esik. A 12 szelet felett előnyösen rézből készült hőátadó 13 korong helyezkedik el, amelyhez a mindenkori hőmérsékletet érzékelő 14 termoelem csatlakozik. A 13 korongra 15 Peltier elem fekszik fel, és ennek felső lapjához üreges belső terű, rézből készített 16 tömb csatlakozik. A 16 tömb belső tere 17 csövön keresztül hűtött nitrogén forráshoz csatlakozik és a rajta keresztüláramló nitrogén mennyisége szabályozható. A 16 tömböt 18 zárólap a 15 Peltier elemhez szorítja, a 18 zérólap a 10 vezértókar elfordításakor felemelkedik és ezáltal a 12 szelet kivehető, illetve oldalirányban eltolható. A 12 szelet helyzetének változtatásával mindig más felület kerül a gyűrű alakú higanykontaktussal szemközti helyzetbe, és ezáltal a 12 szelet bármely részének szennyezettsége mérhető. A méréshez a félvezető 12 szelet és a 3 higanytartályban lévő higany között képződő átmenetet mérjük és azt csatlakoztatjuk a DLTS berendezéshez, a 12 szelet gerjesztését létrehozhatjuk feszültségimpulzusokkal vagy az átlátszó 2 mintatartón keresztül a 12 szelethez vezetett monokromatikus fónyimpulzusokkal. A külső szórt fény esetleges mérést befolyásoló hatása elkerülése céljából az 1. ábrán vázolt mérési elrendezést fényzáró burkolat fedi, amelyet a rajzon nem vázoltunk. Mérés alatt a burkolat belsejében kismértékű nitrogén túlnyomást létesítünk és ez megakadályozza, hogy a 12 szelet hűtésekor vizpára a felületre kondenzálódjon, illetve a felületi nedvességen keresztül nem kívánt átvezetések jöjjenek létre. Az 1, ábrán vázolt folyadékszonda révén a mérés az alábbiak szerint végezhető el: Miután a vizsgálandó félvezető egykristály 12 szeletet az 1. ábra szerinti helyzetbe vittük, a 8 csövön keresztül kisebb vákuumot létesítünk, és ez a 12 szeletet a 2 mintatartóhoz húzza, egyúttal a 3 higanytartályban lévő higany a 4 csöveken keresztül a 2 mintatartó felső mélyedésébe áramlik, azt kitölti és a 12 szelethez egy gyűrű alakú felület mentén hozzáér. A méréshez szükséges hőmérsékletet részben a 16 tömbbe juttatott nitrogén mennyiségével és hőmérsékletével (durva szabályozás), másrészt pedig a 15 Peltier elemre kapcsolt áram erősségének a kívánt értékre való szabályozásával állítjuk be. Az 1. ábrán ismertetett 2 mintatartóhoz a HU 182 777 lsz. szabadalmi leírásban leírt, és a differenciális mély nívó tranziens spektroszkópiához szükséges különféle mechanikus és elektronikus egységek csatlakoznak ezek együttesen képezik a komplett mérési elrendezést. A 2 mintatartóban elhelyezett 12 minta egy villamos és hőmérséklet érzékelő és minta előfeszítő mérőkör részét képezi, amely mérőkör hömérsékletérzékeió eleme a 12 termoelem. A mérőkörhöz gerjesztést létesítő szerv kapcsolódik. A mérőkor kimenetére a válaszfúggvényt érzékelő mérőegység s ennek kimenetére egy jelfeldolgozó és kiértékelő egység csatlakozik. A mérési elrendezés teljes működését valamint az egyes egységek időzítését egy vezérlő egység szabályozza és hangolja össze. Az 1. ábrán vázolt 2 mintatartóban elhelyezett vizsgálandó félvezető egykristály 12 szelet mély nívóit a következő módon határozzuk meg: A hivatkozott HU 182 777 lsz. magyar szabadalmi leírásban ismertetett berendezés felhasználásával a 12 szeletben kialakult Schottky átmenetet a szabadalom 1. ábrájának I. tartományával összhangban periodikus impulzussorozattal gerjesztjűk. A méréshez szükséges kapacitásjelet úgy származtatjuk, hogy a 3 higanytartályban lévő és a 12 szelettel körkörösen érintkező higanyt és 13 korongot tekintjük a vizsgáit átmenet kivezetéseinek és ezt csatlakoztatjuk a DLTS berendezés mintabemenetéhez. A hivatkozott szabadalomban leírtak szerint a gerjesztés hatására létrejövő kapacitás vagy áram tranziens jeleket megfelelő fázishelyzetű széles sávú alacsony frekvenciás lock-in erősítő szimmetrikus súlyfüggvényével átlagoljuk, és az egyes mérési periódusok egymástól például az átlagolási időtartam, azaz az alacsony frekvenciás lock-in P periódusidejével különbőznek egymástól. Ha a kapacitás lecsengés exponenciális, azaz a gerjesztés után a minta kapacitásának időbeli változása C = Co + &Coe-^ (11 ahol Co a minta egyensúlyi kapacitása T hőmérsékleten, dCo a gerjesztés hatására a minta kapacitásának megváltozása és 'c' a kapacitásváltozás lecsengésének az időállandója, akkor könnyen bebizonyítható, hogy a P periódusidő folyamatos változtatásával állandó hőmérsékleten a kapacitástranziens fenti módon való átlagolása következő eredményt adja: P aCo r -----2 Sft.P) = ------ (1-e'2^) (2) P Az összefüggésben S a DLTS berendezés által szolgáltatott tranziens kapacitásjelet jelöli. A (2) összefüggés kiszámításánál idealizált esetet tételeztünk fel, ahol a gerjesztési idő 0, mert zárt analitikus megoldás csak ebben az esetben adódik. Bebizonyítható azonban, hogy eihanyagolásmentes esetben a pontos numerikus megoldás a (2) összefüggéshez hasonló függvényalakot szolgáltat S ('ftPl-re. A megoldást, az ún. frekvencia-scan elvet a 2-5. ábrákon szemléltetjük. A 2. ábra a aC tranziens kapacitásjelnek az időfüggvényét szemlélteti abban az esetben, ha az egymást követő gerjesztő impul5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 6
