2. Основы технологии полупроводников и методы определения их параметров Занятие №2
2.1 Методы выращивания объемных монокристаллов из жидкой и газовой фаз.
Методы выращивания объемных монокристаллов из жидкой фазы: Метод Бриджмена (метод направленной кристаллизации в тигле) и метод Чохральского (вытягивание кристаллической затравки из расплава или раствора).
2.2 Методы выращивания эпитаксиальных пленок (эпитаксия из жидкой и газовой фазы).
2.3 Молекулярно-лучевая эпитаксия. Металлорганическая эпитаксия.
2.4 Методы легирования полупроводников.
Легирование в процессе роста; диффузия легирующих примесей; ионная имплантация с последующим отжигом.
2.5 Основные методы определения параметров полупроводников: ширины запрещенной зоны, подвижности и концентрации свободных носителей, времени жизни неосновных носителей, концентрации и глубины залегания уровней примесей и дефектов.
Пункты 2.1-2.4 надо знать, но они не представляют особых сложностей для понимания.
Для тех, кто намерен подготовиться к занятию, предлагаю подумать над п. 2.5 в такой последовательности:
1. Составить список методов определения каждого из перечисленных в программе параметров, не заглядывая в учебник. Нарисовать и пояснить схему каждого эксперимента (что измеряется как функция чего?); нарисовать графики получающихся зависимостей; объяснить, как из измеренных зависимостей определить требуемые параметры.
2. Заглянуть в учебники: "Барьеры" [11] и БОНЧ-БРУЕВИЧ [1] (глава 1, 7, 18), но этого недостаточно! М.б. ещё где-то этот вопрос изложен более полно, я не знаю. Поищите сами.
Схема
Ширина запрещенной зоны:
1) По спектрам оптического поглощения. Нарисовать: энергетическую зонную диаграмму (в осях энергия – координата x или энергия – квазиимпульс) полупроводника и показать на ней межзонные переходы; схему измерения спектра оптического пропускания; график спектра коэффициента поглощения с порогом вблизи Eg.
2) "Термическая" ширина запрещённой зоны и глубина залегания примесного уровня Ed могут быть определены по температурной зависимости концентрации свободных носителей заряда. Нарисовать: зависимость ln(n) от 1/T и объяснить, как из этого графика получить Eg и Ed.
Подвижности и концентрации свободных
носителей заряда могут быть определены
из кинетических явлений, прежде всего
из проводимости и эффекта Холла.
Дать определение проводимости (записать
закон Ома в дифференциальной форме
)
и подвижности (
).
Рассказать, в чем состоит эффект Холла
и объяснить, как из величины эффекта
Холла и проводимости получить подвижность
и концентрацию носителей. Тип проводимости
полупроводника можно определить по
знаку эффекта Холла, но гораздо проще
сделать это по знаку термо-эдс.
Время жизни неосновных носителей заряда можно определить по кинетике затухания фотопроводимости (ФП) или фотолюминесценции (ФЛ). Дать определение и проиллюстрировать рисунком схему эксперимента.
Дополнительные вопросы:
1. Имеется коробка, в которой вперемежку лежат образцы p- и n-типов. Какими экспериментальными методами можно воспользоваться, чтобы рассортировать образцы по типу проводимости? Какой метод, на ваш взгляд, самый простой и как его реализовать?
2. Какова ширина запрещённой зоны Eg в Ge, Si, GaAs и GaN (в электрон-вольтах)? Какой длине волны (в микронах) электромагнитного излучения соответствует порог собственного поглощения в этих полупроводниках?