Методы исследования поверхности

Страница 2

Рис. 1. Типичные C—V зависимости при измерениях на высоких (сплошная кривая) и низких (штриховая кривая) частотах

Изменение емкости тройной структуры при варьировании напряжения связано с изменением емкости области пространственного заряда и обусловлено изменением в ней концентрации подвижных носителей. Поскольку основные и неосновные носители заряда обладают существенно различными временами генерации, то их вклад в емкость соизмерим только в низкочастотном (так называемом квазистатическом) режиме измерений.В высокочастотном режиме неосновные носители почти не проявляются. Типичные С—V-зависимости изображены на рисунке 1. Видно, что при изменении приложенного напряжения высокочастотная емкость уменьшается от емкости, определяемой толщиной слоя диэлектрика, до некоторой величины, которая зависит от уровня легирования материала.

Сопоставляя полученные экспериментально С – V зависимости с теоретическими, рассчитанными в рамках адекватных физических моделей, удается получить большое количество параметров тройной структуры — толщину диэлектрика, заряд, встроенный в диэлектрик, уровень легирования объема полупроводника и его изменение в приповерхностной области по координате, перпендикулярной поверхности, величину поверхностного изгиба зон и ее зависимость от приложенного смещения, плотность электронных состояний на границе раздела диэлектрик — полупроводник и их распределение по запрещенной зоне, фактор, характеризующий статистическую планарную микронеоднородность величины поверхностного заряда по отношению к его среднему значению, и некоторые другие характеристики.

Если под действием электрического поля происходит изменение заряда в диэлектрике (этот процесс специально используется в элементах памяти, применяемых в ЭВМ, но в других случаях может быть и нежелательным), то С – V характеристика смещается по оси напряжений. Это позволяет легко фиксировать данный процесс и определять знак и величину изменения заряда в диэлектрике.

Метод электроотражения.

Явление электроотражения заключается в изменении коэффициента отражения света от поверхности твердого тела (полупроводника, металла) под действием внешнего электрического поля и связано с эффектом фототуннелирования (эффект Франца—Келдыша) — туннельного перехода носителей между энергетическими зонами (что становится возможным благодаря их искривлению в сильном поле) при одновременном изменении энергии носителя вследствие поглощения фотона с данной энергией. Вероятность процесса фототуннелирования сильно зависит от соотношения энергии фотона (которую мы меняем в эксперименте) и энергетического спектра разрешенных зон (формы зоны Бриллюэна) твердого тела. Поэтому при изменении энергии фотонов величина сигнала электроотражения несет информацию о зонных характеристиках исследуемого материала.

Важно подчеркнуть, что поскольку в процессе электроотражения света с энергией квантов hv, превышающей энергию запрещенной зоны Eq, участвует только тонкий поверхностный слой материала (в металлах это доли нанометра, в кремнии — 15—20 нм), то рассматриваемая методика особенно ценна именно для изучения поверхностных свойств. Она применима как к монокристаллическим, так и к поликристаллическим и аморфным полупроводникам. С ее помощью могут быть получены спектры коэффициентов преломления и поглощения света в веществе, определены характерные энергетические зазоры, степень дефектности поверхностного слоя, наличие и величина полей механических напряжений, тип проводимости поверхностного слоя, параметры разупорядочения кристаллической структуры (изменения длин и углов межатомных связей), размеры зерен в поликристаллических и микрокристаллических материалах.

Страницы: 1 2 3