Лабы / 9206_Талгатулы_ЛР№1_Усикова
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
«ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)
Кафедра МНЭ
ОТЧЕТ
по лабораторной работе №1
по дисциплине «Методы исследования материалов электронной техники»
ТЕМА: ВОЛЬТ-ФАРАДНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ И КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ ПРОФИЛЕЙ ЛЕГИРУЮЩЕЙ ПРИМЕСИ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУРАХ
Студент гр. 9206 |
|
Зокиров И.Д. Рощин И.В. Талгатулы Р. Чистякова А.В. |
Преподавательница |
|
Усикова М.А. |
Санкт-тербург
2023
Цель работы: Исследование концентрации и профиля концентрации примесей в структуре с объемным зарядом
Основные теоретические положения:
Вольт-фарадные измерения параметров полупроводников основаны на определении зависимости емкости структуры, обусловленной наличием объемного заряда в приповерхностной области полупроводника, от приложенного к ней напряжения. С их помощью проводят измерения концентрации легирующих примесей, глубоких уровней и их характеристик, генерационного времени неравновесных носителей заряда, плотности поверхностных состояний и их распределения по энергиям. В основе вольт-фарадных методов измерения лежит электронная теория приповерхностной области пространственного заряда и дифференциальной поверхностной емкости. На рисунке представлена энергетическая диаграмма приповерхностной области полупроводника п-типа
Рис. 1 - Энергетическая диаграмма приповерхностной области полупроводника п-типа
Электрический потенциал определяется из выражения
e=ЕF-Еi
где EF - уровень Ферми в полупроводнике, Ei - уровень, совпадающий с уровнем Ферми в собственном полупроводнике. Потенциал в любой точке равен сумме потенциалов:
(x) = 0 - (x)
Потенциал 0 относится к объему полупроводника, где отсутствует изгиб энергетических зон, (x) - электростатический потенциал, связанный с электрическим полем объемного заряда, который определяет изгиб 5 энергетических зон вблизи поверхности полупроводника. Если поверхностный электростатический потенциал п=0, то изгиб энергетических зон отсутствует.
Это условие плоских зон.
В зависимости от того, какие знаки принимают п и 0, можно сформулировать несколько условий для приповерхностной области полупроводника.
1.Если п и 0 совпадают по знакам, то вблизи поверхности имеется повышенная концентрация основных носителей заряда. Это обогащенный слой объемного заряда.
2.Если п и 0 имеют различные знаки, то мы имеем обедненный слой в случае, когда концентрации как основных, так и неосновных носителей заряда меньше, чем в объеме, или инверсный слой, если концентрация неосновных носителей заряда на поверхности превосходит концентрацию основных носителей в объеме.
В структуре металл-полупроводник (барьер Шоттки) или в р-п-переходе генерируемые в области объемного заряда неосновные носители заряда удаляются из этой области электрическим полем и образование инверсного слоя оказывается невозможным. Теоретическую основу вольт-фарадного метода измерения профиля легирования составляет приближение обедненного слоя.
Основные соотношения, которые используются для определения профиля легирования, построены на приближении обедненного слоя. Поэтому применимость вольт-фарадных методов измерения ограничена прежде всего из-за нарушения приближения обедненного слоя.
Обработка результатов
Таблица 1. Результаты измерений C = F(U) для исследованных структур
Диод 2Д213Б |
Диод Д226 |
Диод Шоттки |
||||
U, В |
C, нФ |
U, В |
C, нФ |
U, В |
C, пФ |
|
0 |
2,14 |
0 |
13,1 |
0 |
410 |
|
1 |
1,44 |
1 |
8,54 |
0,1 |
374 |
|
2 |
1,21 |
2 |
7,07 |
0,2 |
346 |
|
3 |
1,091 |
3 |
6,25 |
0,3 |
323 |
|
4 |
1,005 |
4 |
5,7 |
0,4 |
305 |
|
5 |
0,94 |
5 |
5,3 |
0,5 |
289 |
|
6 |
0,89 |
6 |
4,98 |
0,6 |
275 |
|
7 |
0,85 |
7 |
4,72 |
0,7 |
264 |
|
8 |
0,815 |
8 |
4,51 |
0,8 |
254 |
|
9 |
0,785 |
9 |
4,32 |
0,9 |
244 |
|
10 |
0,76 |
10 |
4,17 |
1 |
236 |
|
11 |
0,738 |
11 |
4,03 |
1,1 |
228 |
|
12 |
0,718 |
12 |
3,9 |
1,2 |
222 |
|
13 |
0,7 |
13 |
3,79 |
1,3 |
216 |
|
14 |
0,683 |
14 |
3,69 |
1,4 |
210 |
|
15 |
0,668 |
15 |
3,6 |
1,5 |
205 |
|
16 |
0,655 |
16 |
3,52 |
1,6 |
200 |
|
17 |
0,642 |
17 |
3,44 |
1,7 |
196 |
|
18 |
0,63 |
18 |
3,37 |
1,8 |
191 |
|
19 |
0,619 |
19 |
3,31 |
1,9 |
188 |
|
20 |
0,609 |
20 |
3,25 |
2 |
184 |
|
21 |
0,599 |
21 |
3,19 |
2,1 |
180 |
|
22 |
0,59 |
22 |
3,14 |
2,2 |
177 |
|
23 |
0,582 |
23 |
3,09 |
2,3 |
174 |
|
24 |
0,574 |
24 |
3,04 |
2,4 |
171 |
|
25 |
0,566 |
25 |
3 |
2,5 |
169 |
|
26 |
0,559 |
26 |
2,95 |
2,6 |
166 |
|
27 |
0,552 |
27 |
2,91 |
2,7 |
164 |
|
28 |
0,546 |
28 |
2,88 |
|
|
|
29 |
0,539 |
29 |
2,84 |
|
|
|
30 |
0,534 |
30 |
2,81 |
|
|
|
31 |
0,528 |
31 |
2,78 |
|
|
|
32 |
0,522 |
32 |
2,75 |
|
|
|
33 |
0,517 |
33 |
2,72 |
|
|
|
34 |
0,512 |
34 |
2,69 |
|
|
|
35 |
0,507 |
35 |
2,66 |
|
|
|
36 |
0,502 |
36 |
2,63 |
|
|
|
37 |
0,498 |
37 |
2,61 |
|
|
|
38 |
0,494 |
38 |
2,59 |
|
|
|
39 |
0,489 |
39 |
2,56 |
|
|
|
2) Результаты расчета профили легирования и концентраций.
площади переходов:
для диода Д226 S=0,15 мм2;
для диода 2Д213Б S=7,2 мм2;
для барьера Шотки S=0,37 мм2.
Примеры расчетов для диода 2Д213Б:
Так
как производная
не
имеет постоянное значение, то распределение
примеси не является однородным. Поэтому
воспользуемся данной формулой:
Таблица 2. результаты расчета профили легирования и концентраций.
Диод 2Д213Б |
Диод Шоттки |
||||
1/C^2,
1/ |
X,m |
d(1/C^2)/dU,
1/
|
N(x), cm^-3 |
1/C^2, 1/ |
X,m |
2,1836E+17 |
3,72196E-07 |
2,63893E+17 |
2,51E+07 |
5,95E+18 |
9,58E-08 |
4,82253E+17 |
5,53125E-07 |
2,0076E+17 |
3,30E+07 |
7,15E+18 |
1,05E-07 |
6,83013E+17 |
6,58264E-07 |
1,57124E+17 |
4,21E+07 |
8,35E+18 |
1,14E-07 |
8,40138E+17 |
7,30064E-07 |
1,49937E+17 |
4,42E+07 |
9,59E+18 |
1,22E-07 |
9,90075E+17 |
7,92537E-07 |
1,41659E+17 |
4,67E+07 |
1,07E+19 |
1,29E-07 |
1,13173E+18 |
8,4734E-07 |
1,30733E+17 |
5,06E+07 |
1,2E+19 |
1,36E-07 |
1,26247E+18 |
8,94944E-07 |
1,21616E+17 |
5,44E+07 |
1,32E+19 |
1,43E-07 |
1,38408E+18 |
9,37059E-07 |
1,21431E+17 |
5,45E+07 |
1,43E+19 |
1,49E-07 |
1,50551E+18 |
9,77301E-07 |
1,1727E+17 |
5,65E+07 |
1,55E+19 |
1,55E-07 |
1,62278E+18 |
1,01465E-06 |
1,08518E+17 |
6,10E+07 |
1,68E+19 |
1,61E-07 |
1,7313E+18 |
1,04803E-06 |
1,0476E+17 |
6,32E+07 |
1,8E+19 |
1,67E-07 |
1,83606E+18 |
1,07927E-06 |
1,03712E+17 |
6,38E+07 |
1,92E+19 |
1,72E-07 |
1,93977E+18 |
1,10933E-06 |
1,01042E+17 |
6,55E+07 |
2,03E+19 |
1,77E-07 |
2,04082E+18 |
1,13786E-06 |
1,02857E+17 |
6,44E+07 |
2,14E+19 |
1,82E-07 |
2,14367E+18 |
1,16618E-06 |
9,73537E+16 |
6,80E+07 |
2,27E+19 |
1,87E-07 |
2,24103E+18 |
1,19237E-06 |
8,98396E+16 |
7,37E+07 |
2,38E+19 |
1,92E-07 |
2,33087E+18 |
1,21603E-06 |
9,53522E+16 |
6,94E+07 |
2,5E+19 |
1,96E-07 |
2,42622E+18 |
1,24065E-06 |
9,33076E+16 |
7,10E+07 |
2,6E+19 |
2E-07 |
2,51953E+18 |
1,26429E-06 |
9,03426E+16 |
7,33E+07 |
2,74E+19 |
2,06E-07 |
2,60987E+18 |
1,28675E-06 |
8,64137E+16 |
7,66E+07 |
2,83E+19 |
2,09E-07 |
2,69628E+18 |
1,30788E-06 |
9,07776E+16 |
7,29E+07 |
2,95E+19 |
2,14E-07 |
2,78706E+18 |
1,32972E-06 |
8,56775E+16 |
7,73E+07 |
3,09E+19 |
2,18E-07 |
2,87274E+18 |
0,00000135 |
7,95184E+16 |
8,33E+07 |
3,19E+19 |
2,22E-07 |
2,95226E+18 |
1,36856E-06 |
8,28663E+16 |
7,99E+07 |
3,3E+19 |
2,26E-07 |
3,03512E+18 |
1,38763E-06 |
8,64049E+16 |
7,66E+07 |
3,42E+19 |
2,3E-07 |
3,12153E+18 |
1,40724E-06 |
7,86673E+16 |
8,42E+07 |
3,5E+19 |
2,33E-07 |
3,20019E+18 |
1,42487E-06 |
8,1679E+16 |
8,11E+07 |
3,63E+19 |
2,37E-07 |
3,28187E+18 |
1,44293E-06 |
7,25254E+16 |
9,13E+07 |
3,72E+19 |
2,4E-07 |
3,3544E+18 |
1,45879E-06 |
8,7693E+16 |
7,55E+07 |
|
|
3,44209E+18 |
1,47774E-06 |
6,47604E+16 |
1,02E+08 |
|
|
3,50685E+18 |
1,49157E-06 |
8,0154E+16 |
8,26E+07 |
|
|
3,58701E+18 |
1,50852E-06 |
8,29338E+16 |
7,98E+07 |
|
|
3,66994E+18 |
1,52586E-06 |
7,13286E+16 |
9,28E+07 |
|
|
3,74127E+18 |
1,54062E-06 |
7,34285E+16 |
9,02E+07 |
|
|
3,8147E+18 |
1,55566E-06 |
7,56116E+16 |
8,76E+07 |
|
|
3,89031E+18 |
1,57101E-06 |
7,78821E+16 |
8,50E+07 |
|
|
3,96819E+18 |
1,58665E-06 |
6,4002E+16 |
1,03E+08 |
|
|
4,03219E+18 |
1,5994E-06 |
6,5563E+16 |
1,01E+08 |
|
|
4,09776E+18 |
1,61235E-06 |
8,42271E+16 |
7,86E+07 |
|
|
4,18198E+18 |
1,62883E-06 |
1,0723E+17 |
6,17E+07 |
|
|
Таблица 3. Продолжение таблицы 2.
Диод Шотки |
Диод Д226 |
||||
d(1/C^2)/dU, 1/ |
N(x), cm^-3 |
1/C^2, 1/ |
X,m |
d(1/C^2)/dU, 1/ |
N(x), cm^-3 |
1,2E+19 |
1342,398007 |
5,82717E+15 |
1,21603E-09 |
-4,56E-09 |
5,81E+29 |
1,204E+19 |
1338,424317 |
1,37115E+16 |
1,86534E-09 |
-1,47E-09 |
1,80E+30 |
1,232E+19 |
1307,953285 |
2,0006E+16 |
2,25318E-09 |
-8,2E-10 |
3,23E+30 |
1,165E+19 |
1383,443792 |
2,56E+16 |
2,5488E-09 |
-5,5E-10 |
4,82E+30 |
1,223E+19 |
1317,279341 |
3,07787E+16 |
2,79474E-09 |
-4E-10 |
6,62E+30 |
1,25E+19 |
1288,970203 |
3,55999E+16 |
3,00566E-09 |
-3,2E-10 |
8,28E+30 |
1,125E+19 |
1432,454168 |
4,03219E+16 |
3,1988E-09 |
-2,6E-10 |
1,02E+31 |
1,152E+19 |
1398,731874 |
4,48865E+16 |
3,375E-09 |
-2,1E-10 |
1,26E+31 |
1,297E+19 |
1242,815576 |
4,9164E+16 |
3,53215E-09 |
-1,9E-10 |
1,39E+31 |
1,158E+19 |
1391,430051 |
5,35837E+16 |
3,6875E-09 |
-1,5E-10 |
1,77E+31 |
1,282E+19 |
1256,824612 |
5,7508E+16 |
3,82014E-09 |
-1,4E-10 |
1,89E+31 |
1,054E+19 |
1528,976545 |
6,15729E+16 |
3,95285E-09 |
-1,3E-10 |
2,04E+31 |
1,143E+19 |
1409,863394 |
6,57462E+16 |
4,08462E-09 |
-1,1E-10 |
2,41E+31 |
1,242E+19 |
1297,102172 |
6,9618E+16 |
4,20317E-09 |
-1E-10 |
2,65E+31 |
1,12E+19 |
1439,18676 |
7,34425E+16 |
4,31707E-09 |
-9E-11 |
2,94E+31 |
1,205E+19 |
1337,61654 |
7,71605E+16 |
4,425E-09 |
-8E-11 |
3,31E+31 |
1,031E+19 |
1563,168883 |
8,07076E+16 |
4,52557E-09 |
-8E-11 |
3,31E+31 |
1,381E+19 |
1167,042984 |
8,45051E+16 |
4,63081E-09 |
-7E-11 |
3,78E+31 |
8,818E+18 |
1827,304454 |
8,80522E+16 |
4,727E-09 |
-6E-11 |
4,41E+31 |
1,244E+19 |
1295,798156 |
9,12734E+16 |
4,81269E-09 |
-6E-11 |
4,41E+31 |
1,327E+19 |
1213,970758 |
9,46746E+16 |
4,90154E-09 |
-6E-11 |
4,41E+31 |
1,055E+19 |
1527,182773 |
9,82695E+16 |
4,99373E-09 |
-5E-11 |
5,30E+31 |
1,11E+19 |
1451,461774 |
1,01424E+17 |
5,07325E-09 |
-5E-11 |
5,30E+31 |
1,169E+19 |
1378,285896 |
1,04733E+17 |
5,15534E-09 |
-5E-11 |
5,30E+31 |
8,142E+18 |
1978,999396 |
1,08206E+17 |
5,24013E-09 |
-4E-11 |
6,62E+31 |
1,277E+19 |
1261,86376 |
1,11111E+17 |
5,31E-09 |
-5E-11 |
5,30E+31 |
8,905E+18 |
1809,459558 |
1,1491E+17 |
5,4E-09 |
-4E-11 |
6,62E+31 |
1,377E+19 |
1170,146949 |
1,1809E+17 |
5,47423E-09 |
-3E-11 |
8,83E+31 |
|
|
1,20563E+17 |
5,53125E-09 |
-4E-11 |
6,62E+31 |
|
|
1,23983E+17 |
5,60915E-09 |
-3E-11 |
8,83E+31 |
|
|
1,26645E+17 |
5,66904E-09 |
-3E-11 |
8,83E+31 |
|
|
1,29393E+17 |
5,73022E-09 |
-3E-11 |
8,83E+31 |
|
|
1,32231E+17 |
5,79273E-09 |
-3E-11 |
8,83E+31 |
|
|
1,35164E+17 |
5,85662E-09 |
-3E-11 |
8,83E+31 |
|
|
1,38196E+17 |
5,92193E-09 |
-3E-11 |
8,83E+31 |
|
|
1,41331E+17 |
5,98872E-09 |
-3E-11 |
8,83E+31 |
|
|
1,44573E+17 |
6,05703E-09 |
-2E-11 |
1,32E+32 |
|
|
1,46798E+17 |
6,10345E-09 |
-2E-11 |
1,32E+32 |
|
|
1,49074E+17 |
6,15058E-09 |
-3E-11 |
8,83E+31 |
|
|
1,52588E+17 |
6,22266E-09 |
-6,564E-11 |
4,03E+31 |