5 ‑ Осциллограф

Пределы измерения времени жизни на образцах германия и кремния 3 - 500 мкс при удельном сопротивлении 0,1 - 100 Омсм, при точности метода порядка 30 %.

Измеряемое время жизни зависит от длительности и силы тока первого импульса. Длительность первого импульса должна быть порядка 1,5. При меньшей длительности импульса носители заряда, находящиеся в приповерхностной области, после окончания импульса исчезают за счет поверхностной рекомбинации и диффузии вглубь образца.

Основным недостатком метода модуляции проводимости в точечном контакте является сильная зависимость времени жизни от тока первого импульса. Однако метод имеет ряд существенных достоинств:

измерения можно проводить на образцах произвольной формы и величины;

измерения мало зависят от качества обработки поверхности;

центры захвата мало влияют на результаты измерений, то есть измеряемое значение времени жизни соответствует времени жизни неосновных носителей заряда;

возможно исследование зависимости времени жизни от уровня инжекции или от концентрации неосновных носителей заряда, а также температурной зависимости времени жизни.

7. Методы контроля структуры материалов твердотельной электроники

7.1. Методы электронной микроскопии

7.1.1. Растровая электронная микроскопия

Растровая электронная микроскопия (РЭМ) - метод, основанный на получении изображения объекта с помощью пучка электронов и характеризуемый по сравнению с оптической микроскопией более высокими значениями пространственного разрешения и глубины резкости. РЭМ дает возможность проведения химического анализа на основе регистрации спектра рентгеновского излучения, генерируемого при облучении поверхности образца электронным пучком. Увеличение РЭМ может быть до 210⁵ раз.

Схема растрового электронного микроскопа представлена на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Схема растрового электронного микроскопа

Электронная пушка, изготовленная из вольфрама или гексаборида лантана, испускает электроны, ускоряемые до энергии 2 - 40 кэВ. Набор магнитных линз формирует электронный пучок малого диаметра (10 нм), а отклоняющие катушки сканирования разворачивают этот пучок в растр на поверхности образца. При облучении этой поверхности электронами возбуждаются три типа излучений, детектируемых соответствующими приборами: отраженные и вторичные электроны детектируются электронным детектором, рентгеновское излучение рентгеновским детектором. Синхронно со сканирующим пучком электронный луч перемещается по экрану электронно-лучевой трубки. Интенсивность электронного луча и, следовательно, яркость свечения трубки модулируются сигналом, поступающим с детектора электронов.

Особенности формирования контраста в РЭМ связаны с механизмами взаимодействия первичного электронного пучка с веществом. При облучении вещества электронами за счет ионизации атомов генерируется вторичный спектр электронов, значительную долю которого составляют электроны с энергией менее 50 эВ с пиком интенсивности при энергии около 5 эВ. Часть этих электронов достигает поверхности образца и выходит из него, образуя поток вторичных электронов. Кроме вторичных электронов, наблюдаются отраженные электроны, образующиеся из пучка первичных электронов за счет упругих и неупругих соударений. С увеличением атомного номера элемента, с которым взаимодействуют электроны, растет упругое рассеивание и возрастает доля отраженных электронов. Энергия отраженных электронов обычно близка к энергии первичного пучка и поэтому существенно больше, чем энергия вторичных электронов, но количество отраженных электронов очень мало и составляет всего 1 - 2 % по сравнению с вторичными электронами (рис. 7.2.).

Рис. 7.2. Распределение по энергиям электронов,

эмиттируемых с поверхности образца, облучаемой пучком энергии Е_о: SE – вторичные электроны, BS – отраженные электроны

Глубина R (мкм) проникновения первичного пучка в образец пропорциональна энергии пучка Е (кэВ) и обратно пропорциональна плотности вещества (г/см3).

R =0,0276E^1,67 (A/Z)^8/3/ , (7.1)

где А – атомный вес вещества, Z – атомный номер элемента. Зависимость R от энергии электронов Е для кремния приведена на рис. 7.3.

Рис. 7.3. Зависимость глубины проникновения электронов