Příloha 1 Zařízení pro sledování rekombinačních procesů v epitaxních vrstvách křemíku.

Transkript

1 Příloha 1 Zařízení pro ledování rekombinačních proceů v epitaxních vrtvách křemíku. Popiovaný způob měření e vztahuje ke labě dopovaným epitaxním vrtvám tejného typu vodivoti jako ilně dopovaný ubtrát. Měření e provádělo na křemíkových dekách vrtvou typu N/N +. Princip. Povrch epitaxní vrtvy e lokálně ozařuje obdélníkovými větelnými puly. V epitaxní vrtvě e generují nadbyteční noitelé, kteří po končení pulu rekombinují. Tím ovlivňují odpor mezi kontakty na vrtvě a ubtrátu a také napětí a proud v připojeném obvodu elektrickým tejnoměrným zdrojem. Ocilokopem e pak nímá čaová odezva napětí nebo proudu, která nee informaci o rekombinačních proceech v epitaxní vrtvě. Je-li použit zdroj kontantního proudu měří e odezva napětí na vzorku označení TPCD (pokle tranverální fotokonduktivity), v případě použití zdroje kontantního napětí e měří odezva proudu označení TPID (pokle tranverzálního fotoproudu)- proud e určuje z napětí na kontantním rezitoru RN v obvodu. Schéma zapojení je na obr. 1 a 2. Obr. 1 Princip měření čaové odezvy napětí u(t) při kontantním proudu na pulní ozáření vzorku. Obr. 2 Princip měření čaové odezvy proudu i(t) při kontantním napětí na pulní ozáření vzorku. 1

2 Popi experimentálního upořádání. Umítění vzorku je chématicky znázorněno na obr. 3. Vzorek (Si-deka) epitaxní vrtvou je umítěna na dece platového tolku v jehož tředu je kruhový otvor. V otvoru je pevně zabudována 3-onda (měřící hlavička) tak, aby při tlačení vzorku k dece tolku vznikl elektrický (ohmický) kontakt mezi hroty a ilně dopovaným ubtrátem (zadní kontakt). Obr. 3. Princip upořádání vzorku, fólie a optického vlákna při měření. Ke tolku je připevněn držák měřící hlavičky (TESLA MF) umožňující mechanický pružný přítlak. V něm je pevně fixováno optické vlákno tak, aby bylo nad tředem 3-ondy. Mezi konec vlákna a epitaxní vrtvu na vzorku je vložena průhledná platová fólie na jejíž podní traně je vakuově napařená opticky poloproputná elektricky vodivá vrtva chrómu. Ta tvoří horní elektrický kontakt k epitaxní vrtvě při tlačení fólie a vzorku optickým vláknem k dece tolku. Jádro optického vlákna má průměr 0,65 mm, průřez 0,33 mm 2 a vnější průměr obalu na konci vlákna, které přitlačuje fólii, je 2,0 mm a průřez 3,1 mm 2. Průhledná platová fólie tloušťky 110 μm má napařenou tenkou poloproputnou vrtvu chrómu o tloušťce 20 nm. Vzorek je ovětlen luminicenční diodou (LED) buzenou proudem z generátoru G obdélníkových pulů, který je oučátí digitálního ocilokopu TiePie HS3 v PC.Vyzářený výkon lze regulovat proudem a jeho průběh e nímá druhým kanálem ocilokopu jako napětí na ériovém odporu v obvodu LED. Při výkonu záření na vzorku 6 μw o vlnové délce 850 nm (1,46 ev) dopadá na povrch vzorku 2, fotonů/ o hutotě toku fotonů na cm 2 za ekundu. Při této vlnové délce proniknou fotony v Si do hloubky 19 μm. Tento výkon odpovídá proudu LED 26 ma. Doba ovětlení vzorku je 30% periody, kterou lze natavit frekvencí generátoru. Čato používaná hodnota je 1 khz dobou ovitu 300 μ. Při ledování napěťové odezvy na větelný pul (TPCD) e kontakty vzorku připojily ke zdroji kontantního proudu podle obr.1 a napětí e nímalo ocilokopem na kontaktech vzorku. Zdroj proudu byl kontruován rychlou regulací vf. tranzitorem BF245C. Při ledování proudové odezvy (TPID) e kontakty vzorku připojily podle obr. 2 ke zdroji kontantního napětí pře rezitor RN, na kterém e ocilokopem nímalo napětí úměrné proudu. Jako zdroj napětí byl použit zdroj z Pikoammeter/Voltage Source Keithley 487, 2

3 případně baterie potenciometrem. V případě labého ignálu byl před ocilokop zapojen širokopámový nízkošumový zeilovač HVA-10M-60-F e zikem 40 a 60 db. Kromě záznamů čaových průběhů ocilokopem bylo možné na vzorku nímat také I V charakteritiky pomocí K 487 PC a C V charakteritiky měřičem RLCG BM 595 napěťovým předpětím. Vzorky a výledky měření. Měření bylo provedeno na kupině Si vzorků, které e lišily tloušťkou a dopováním epitaxní vrtvy. Subtráty všech vzorků byly typu N + ilně dopované. Byly zkoumány také vzorky definovanou velmi tenkou vrtvou oxidu vytvořenou na povrchu epitaxní vrtvy. Vzorek R26A02T: Subtrát Si-N + dopovaný A, ρ = 0,013 Ωcm, w = 525 μm Epitaxní Si-N, dopovaný P, ρ = 9,3 Ωcm, w = 15 μm Na vzorku byla změřena závilot fotonapětí (TPCD) při kontantním proudu a I V charakteritika bez ovětlení a ovětlením LED. Naměřené záviloti jou na obr. 4.1, 4.2 a Obr Čaová závilot fotonapětí a proudu LED při pulním ovětlení vzorku. Kontantní proud vzorkem I DC = 1,06 μa a proud I LED = 26 ma (měří e jako úbytek napětí na ériovém odporu 3,8 Ω ). Detail pokleu fotonapětí po ukončení větelného pulu je na obr Na obr. 4.3 je I V charakteritika vzorku bez ovětlení a ovětlením LED. 3

4 Obr. 4.2 Čaová závilot proložená jednoduchou exonencielou amplitudou u m = 0,34 V a relaxační kontantou τ = 200 μ Obr. 4.3 Detail I V charakteritiky v oblati malých proudů bez ovětlení a ovětlením LED. 4

5 I (A) I ( A) Vzorek R09A21T: Subtrát Si-N + dopovaný P, ρ = 0,0015 Ωcm, w = 525 μm Epitaxní Si-N, dopovaný P, ρ = 36 Ωcm, w = 96 μm Oxidová vrtva d = 28 nm (termický oxid v čitých lab. ÚFKL) Na vzorku byl změřen fotoproud (TPID) pro dvě kontantní napětí a I V charakteritiky bez ovětlení a při ovětlení LED. Naměřené záviloti jou na obr. 5.1 a TPID U= cont. ample: R09A21T-1 SiO 2 28 nm I LED = 100 ma U -1V LED -2V ,0µ 0,0 200,0µ 400,0µ 600,0µ 800,0µ t () Obr. 5.1 Čaová závilot fotoproudu (TPID) pro dvě kontantní napětí při pulním ovětlení vzorku. 10,0µ I - V char. ample: R09A21T-1 SiO 2 28 nm I LED = 100 ma 5,0µ 0,0 B LED -5,0µ U(V) Obr. 5.2 Detail I V charakteritiky vzorku bez a ovětlení LED 5

6 V obr. 5.1 jou uvedeny relaxační kontanty τ 1 a τ 2, které charakterizují exponenciální pokle fotoproudu na začátku a na konci větelného pulu. Vzorek R09A19BT-PR: Subtrát Si-N + dopovaný P, ρ = 0,0015 Ωcm, w = 525 μm (označení A19BOX1) Epitaxní Si-N, dopovaný P, ρ = 16 Ωcm, w = 35 μm Oxidová vrtva d = 20 nm (termický oxid v ON emi) Na povrch oxidu byla pře maku napařena ve vakuu tenká poloproputná vrtva chrómu tloušťky 20 nm ve tvaru kruhových plošek průměru 4,5 mm. Elektrický kontakt k Cr vrtvě vytvořil plášť optického vlákna po přitiknutí ke vzorku. Při měření nebyla použita fólie poloproputnou vrtvou chróm. Na vzorku byl změřen fotoproud (TPID) pro čtaři kontantní napětí a I V charakteritiky bez a při ovětlení LED. Naměřené záviloti jou na obr. 6.1 a 6.2. Obr. 6.1 Čaová závilot fotoproudu (TPID) pro čtyři hodnoty kontantního napětí při pulním ovětlení LED 6

7 Obr. 6.2 I V charakteritiky v oblati malých proudů bez a ovětlením LED 7