196262. lajstromszámú szabadalom • Eljárás félvezető anyagok és szerkezetek elektromosan aktív szennyezéseinek vizsgálatára és mérési elrendezés az eljárás foganatosítására
1 196 262 2 — a gerjesztő impulzusok ismétlődési frekvenciájának legnagyobb frekvenciaátfogása: 10s — a gerjesztő impulzusok legkisebb szélessége: 1—2ns — a legnagyobb tolerálható szivárgási áram: 1 |iA (max. érzékenység esetén) — a legmagasabb mérési frekvencia 1 MHz — a minta legnagyobb soros ellenállása ~ 100 ohm A találmány feladata olyan eljárás és mérési elrendezés létrehozása félvezető anyagok és szerkezetek elektromosan aktív szennyezéseinek vizsgálatára, amelynél a termikus emissziós folyamat észlelése a felsoroltaktól alapvetően különböző hatáson alapul és ahol a mérést korlátozó tényezők lényegesen enyhébbek. A kitűzött feladat megoldásához a felismerést a fizika másik szakterületén elterjedt mérési módszer kritikai elemzése és átértékelt továbbfejlesztése adta. Régóta ismert, hogy mikrohullámú üregben a mikrohullámú abszorpció igen kis megváltozásai nagy pontossággal mérhetőek. Ezt a jelenséget használják például az Elektromok Paramágneses Rezonanciájának (EPR) vizsgálatára (lásd pl.: G. Fehér: Bell System Technical Journal 36, pp 444—484,1957). A mikrohullámú abszorpció mérésével tranziens folyamatok kimutatása is lehetséges. A kisebbségi töltéshordozók élettartamának mérését a mikrohullámú abszorpció időbeli megváltoztatásával először Jacobs et al: Proceedings of the IRE 48 pp 229—233, 1960 dolgozata ismertette. A kisebbségi töltéshordozó élettartam mérése során a nem egyensúlyi szabad töltéshordozók jelenléte miatti mikrohullámú abszorpció megváltozást detektálják. Ez a mérés jelenleg elterjedt vizsgálati módszer lett, lásd pl.: R. I. Desi et al: Rév. Sei. Instrum 55 pp. 1343-1347 (1984). Az élettartam mérés során, de más ismert mikrohullámú abszorpción alapuló mérések során is a minta elektromos kontaktusokkal nincs ellátva. Elektromos kontaktus nélkül a keltett nem egyensúlyi töltéshordozók termikus drif sebességgel terjedtek szét az anyagmintában és számuk rekombinációs mechanizmussal változik. A mintában a szabad töltéshordozó jelenléte ezért a rekombinációs folyamattal meghatározott. Ez az eljárás, amely lényegében a mintában jelenlévő kisebbségi töltéshordozók élettartamát képes kimutatni, a spontán rekombinációs folyamattal független jelenségek — azaz a termikus emisszió időállandója — meghatározására elvileg alkalmatlan. A találmány szerinti eljárás közvetlenül azon a felismerésen alapul, hogy a mikrohullámú abszorpció révén a vizsgált minta betöltött elektromosan aktív szennyezéseinek a tértöltés kialakítását követő termikus emisszióját detektálhatjuk és mérhetjük, ehhez azonban gondoskodni kell a mintát képező félvezető átmenethez irányuló hozzávezetésről, a tértöltést biztosító feszültség csatlakoztatásáról, valamint a teljesen vagy részben kiürült mély nívók periodikus betöltéséről. A mikrohullámú üregben uralkodó viszonyokat megfelelő elrendezés választásával a mintához irányuló csatlakozások jelenléte zavaró módon nem befolyásolja. A találmány szerint tehát eljárást hoztunk létre félvezető anyagok és szerkezetek elektromosan aktív szennyezéseinek vizsgálatára, amelynek sorána félvezető anyagból vett mintában tértöltési tartományt hozunk létre és ennek elektormosan aktív hibahelyeit betöltjük, majd a betöltést követően vizsgáljuk a termikus emissziós folyamatot, amelynek során az egyensúlyi állapot helyreállni igyekszik, a tértöltést létesítő zárt áramkörben a kialakuló áramtranziens elvezetését biztosítjuk, és a találmány szerint a vizsgált félvezető mintát rezonáns elem mikrohullámú terébe helyezzük és mérjük a tér abszorpciójának a betöltést követően kialakuló emissziós folyamat hatására bekötvetkezó megváltozását. Bár az egyszeri betöltés után kialakuló abszorpció változás is mérhető (one-shot measurement), előnyös, ha a betöltést és az ezt követő emissziós folyamatot periodikusan ismétlődő szakaszokban létesítjük. Elsősorban a frekvencia scan mérések szempontjából előnyös, ha az említett periodikus változtatás ismétlődési frekvenciáját egy félvezető minta mérésénél 6 decimális nagyságrendet meghaladó mértékben változtatjuk. A befogási hatáskeresztmetszet egy hőmérsékleten vagy szűkített hőmérséklettartományban való meghatározása szempontjából előnyös, ha a betöltés idejét egy félvezető minta mérése esetén változtatjuk és ennek során 1 ns-nál rövidebb betöltési idő esetén is mérünk. A méréseket végezhetjük egyetlen hőmérsékleten, több diszkrét hőmérsékleten, illetve a hőmérséklet folyamatos változtatásával, és a betöltő impulzusokat létesíthetjük a mintához vezetett és a tértöltési tartományt megszüntető elektromos impulzusokkal, vagy fényimpulzusokkal, elektronnyaláb alkalmazásával illetve egyéb sugárzással. A találmány szerinti eljárás foganatosítására olyan mérési elrendezés alkalmas, amelyben a vizsgált félvezető mintához impulzusgenerátor csatlakozik és a félveztö minta rezonáns mikrohullámú üreg belsejében van elrendezve, egyik elektródja az üreggel kapcsolódik, az üreg mikrohullámú generátorral kapcsolódik, a híd kimenete mikrohullámú detektorhoz csatlakozik, és ennek kimenete a detektált jelet mérő berendezéshez csatlakozik. A detektált jelet mérő berendezésben célszerűen fázisérzékeny erősítő és ennek kimenetéhez csatlakozó jelfeldolgozó egység, előnyösen tranziens rekorder van. A találmány szerinti mérési elrendezés a gerjesztő impulzusok ismétlődési periódusidejét meghatározó négyszögjelgenerátort tartalmaz, amely egyrészt az impulzusgenerátorral, másrészt a fázisérzékeny erősítővel, illetve a jelfeldolgozó egységgel van összekötve. A mérési elrendezés egy előnyös kiviteli alakjánál a mikrohullámú generátor és a mikrohullámú híd közé a mikrohullámú teljesítmény továbbhaladását megszakító kapcsoló Yan közbeiktatva, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4
