книги из ГПНТБ / Брук В.А. Производство полупроводниковых приборов учебник для подготовки рабочих на пр-ве

значительное падение напряжения на сопротивлении и, следова­

типа проводимости, положительному полуперноду соответствует запорное направление, а отрицательному — прямое, и на осцилло­ графе соответствующие прямые будут направлены в другие сторо­ ны от центра экрана.

При определении типа проводимости этим методом важную роль играет обработка поверхности образца полупроводника. Же­ лательно, чтобы поверхность образца была шероховатой (шлифо­ ванной), а не полированной; при шлифованной поверхности осцил­ лограмма более четко выражена и по ней легче определять тип проводимости измеряемого образца.

§ 20. ИЗМЕРЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Измерение величины удельного сопротивления полупроводни­ кового материала усложнено тем, что при соприкосновении металла с полупроводниковым образцом возникает выпрямляющий контакт, который может значительно исказить реальную величину удель­ ного сопротивления и внести в измерения ошибку. Причем величина сопротивления контакта металл — полупроводник не является

Номинальное расстояние между зондами обычно принимают равным 0,1—1,0 мм. Необходимо располагать зонды таким обра­ зом, чтобы они лежали на одной прямой.

При измерении четырехзондовым методом определяют некото­ рое среднее значение удельного сопротивления по малому объему образца, что позволяет гораздо лучше, чем при двухзондовом ме­ тоде, исследовать однородность удельного сопротивления образца.

Для измерения удельного сопротивления больших образцов, расстояния между границами которых и зондами больше расстоя­ ний между зондами (полубесконечные образцы), можно пользо­ ваться следующей формулой:

Ток Іх обычно находят по падению напряжения /7Э Т на эталон­ ном сопротивлении, включенном последовательно в цепь крайних зондов,

Величины падения напряжения на средних измерительных зон­ дах и на эталонном сопротивлении измеряют компенсационным методом.

При измерении удельного сопротивления тонких полупроводни­ ковых пластин конечной толщины необходимо ввести соответствую-

щую поправку, учитывающую толщину образца. Формула примет вид:

Рекомбинация носителей заряда в полупроводниковом материа­ ле характеризуется величиной, которая называется временем жизни неосновных носителей заряда. Время жизни неосновных носителей заряда т — одну из важнейших величин, определяющих свойства полупроводниковых материалов, можно определить по спаду кон­ центрации неосновных носителей во времени по формуле

ника. Вследствие возникновения градиента концентрации эти носи­ тели диффундируют (проникают) в область полупроводника с более низкой концентрацией. Если определить концентрацию не­ основных носителей заряда на разных расстояниях от места их возникновения, можно найти такое расстояние, на котором кон­ центрация их уменьшится в е (еда2,7) раз. Это расстояние и будет диффузионной длиной L .

Время жизни связано с диффузионной длиной L и коэффици­ ентом D носителей соотношением

D

Схема установки для измерения времени жизни неосновных носителей заряда методом светового зонда показана на рис. 24.

Пучок света от осветителя 1 проходит через отверстие во вра­ щающем диске прерывателя 2 и фокусируется линзой .5 на изме­ ряемый образец полупроводника 4 в виде узкого пучка. На расстоя­ нии х от светового пятна расположен измерительный зонд 5. Падающий световой пучок вызывает появление в полупроводнике дополнительных носителей заряда, которые под действием диффу­ зии распространяются вдоль образца, но при этом вследствие рекомбинации по мере удаления от светового пятна их концентра­ ция понижается. Если пренебречь движением носителей в глубь полупроводника и считать, что все они движутся в плоскости, параллельной поверхности, то их убывание происходит по закону:

концентрация неосновных носителей на расстоянии х от светового'

образца небольшую разность потенциалов U, которая усиливается и измеряется индикатором 7. Величина этой разности потенциалов будет определяться концентрацией избыточных неосновных носите­ лей, достигших измерительного зонда,

Через точечный контакт 3 от специального генератора сдвоенных импульсов 1 с периодом, много большим ожидаемого времени жиз­ ни, подают в полупроводник 4 один за другим два импульса, сдви­ нутые по времени между собой на величину t (время задержки). На выходных зажимах при помощи осциллографа наблюдают измене­ ние величины напряжения второго импульса генератора в зависимо­

Как и в предыдущем случае, по наклону экспериментально полу-, ченной прямой можно определить время жизни неосновных носи­ телей.

Вместо индикатора на выходе схемы используют специальный

Время жизни неосновных носителей, измеряемое любым из ука­ занных выше методов, определяется рекомбинацией в объеме образ­ ца (объемное время жизни) и рекомбинацией на поверхности (ре­ комбинация зависит от состояния поверхности образца).

Для соответствия результатов измерений объемному времени жизни, которое является физической характеристикой объема ма-

териала, т. е. для доведения рекомбинации на поверхности до мини­ мума, измеряемый образец тщательно полируют химическим мето­ дом ( протравливают).

материалов?

§ 22. ОБРАЗОВАНИЕ р — п-ПЕРЕХОДОВ

Принцип действия полупроводниковых приборов основан на яв­ лениях, происходящих на границе, разделяющей два полупровод­ ника с различными типами проводимости.

Рассмотрим кристалл полупроводника, состоящий из двух частей, одна из которых имеет проводимость р-типа, другая — я-типа. Для

ны, т. е. в кристалле имеются неподвижно закрепленные положи­ тельные и отрицательные заряды.

В части полупроводника р-типа имеется значительная концент­ рация дырок, 'а в части полупроводника п-типа — свободные элек­ троны, причем каждая из этих частей электронейтральна, так как заряды свободных дырок и электронов компенсируются соответст­ вующими зарядами неподвижных ионизированных атомов примеси.

Рассмотрим явления, происходящие на границе, разделяющей обе части полупроводника (рис. 26, б).

Концентрация дырок в р-области (основных носителей) намного выше, чем в /г-области, поэтому дырки вследствие диффузии пере­ ходят в n-область, стремясь выровнять концентрацию во всем объеме полупроводника. Концентрация дырок будет уменьшаться по мере продвижения их в глубь /г-области, так как дырки будут рекомбинировать с электронами — основными носителями в этой области.

Одновременно с процессом диффузии дырок из р-области в /г-область происходит диффузия электронов из /г-области в р-об- ласть и их количество в /г-области у границы раздела уменьшится. Кроме того, перешедшие из р-области дырки частично прорекомбинируют с' имеющимися около границы в /г-области электронами. В результате этих двух процессов концентрация электронов /г-обла­ сти у границы уменьшится, и заряд их уже не скомпенсирует поло­ жительного заряда неподвижных ионов донорных примесей. Поэто­ му в /і-области у границы соприкосновения образуется положитель­ ный заряд, состоящий из заряда неподвижных ионов донорных

примесей, нескомпенсированный зарядом электронов (основных носителей тока в п-области).

Аналогичное явление происходит в р-области полупроводника: диффузия некоторого количества дырок в /г-область и уменьшение

Неподвижные нескомпенсированные заряды создают в узкой области вблизи границы раздела электрическое поле, направленное от положительно заряженных до­ норов к отрицательно заряжен­ ным акцепторам, т. е. от п- к р-типу.

Таким образом, на границе соприкосновения двух полупро­ водников с различными типами проводимости образуется узкая область так называемого объем­ ного электрического заряда, обед­

ненная свободными носителями зарядов и состоящая из разноимен­ но заряженных неподвижных ионов и атомов полупроводника (рис. 26, в). Образовавшийся объемный заряд противодействует проникновению основных носителей из одной области в другую.

При попытке продиффундировать в /г-область дырки встречают слой положительных ионов (ионизированные атомы доноров), рас­ положенный на границе раздела. Электрическое поле этих ионов препятствует проникновению дырок в /г-область. По мере того как дырка приближается к плоскости раздела, на нее действует все большая и большая отталкивающая сила со стороны электрического поля положительно заряженных ионизированных доноров, и только дырки, обладающие в начале своего движения значительной энер­ гией, могут преодолеть это противодействие.