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电容瞬态的测量

DLTS法是连续改变样品温度的同时在每个温度下进行电容瞬态测量的方法。使用DLTS法测量电容瞬态波形的图形在图A-2以及图A-3中表示。图A-2(a)显示瞬态测量中的电压施加顺序(1至3)。图A-2(b)显示了结电容的相应变化。
另外,图A-3显示出每个阶段样品电极附近的谱带轮廓。

图A-2(a)电容瞬态测量中的电压序列,(b)相应样品结电容的变化

图A-2(a)电容瞬态测量中的电压序列,(b)相应样品结电容的变化
图A-2(a)电容瞬态测量中的电压序列,(b)相应样品结电容的变化

图A-3 图A-2每个阶段的波段配置文件

图A-3  图A-2每个阶段的波段配置文件
图A-3  图A-2每个阶段的波段配置文件
图A-3  图A-2每个阶段的波段配置文件

(③)首先,向样品施加反向偏压。

(①)当施加正向的俘获脉冲电压时,带状分布几乎是平带状态,而且电子被俘获在低于(低能态)费米能级(EF)的电子陷阱能级(ET)中。

(②)在下一瞬间,当俘获脉冲电压关闭时,电子从EF之上的陷阱发射到导带。由于发射电子的陷阱带正电,为了达到消除电荷的目的,所以耗尽层的宽度会随之减小(结电容增加)。换句话说,电子发射的过程会直接反应在结电容的变化中。

(③)经过有限的时间后,点在发射终止并且系统处于稳定状态(结电容恒定)。

通过检测②阶段的结电容变化(瞬态),可以捕获从目标陷阱能级发射电子的过程。换言之,此瞬态波形的时间常数包含陷阱的参数(能量级和俘获截面)的信息,其振幅则包含陷阱浓度相关的信息。因此,目前的DLTS法可以完美收集瞬态数据,并通过完全使用各种数学方法有效地提取必要的信息,关于这一点将在下面详细讨论。

当陷阱浓度(NT)满足关于浅层施主浓度(NS)的NT<NS的关系时,上述电容瞬态呈指数变化,并且其由下式(A-1)表示。

电容瞬态的测量

其中,CR:t=∞时的稳态容量、 △C:总电容变换(瞬态振幅)、 τe:电子的热发射时间常数
并且

电容瞬态的测量
电容瞬态的测量

λ 是从陷阱能级和费米能级的交点到耗尽层边缘的距离,是在耗尽层中(图A-3)
陷阱能级不发生载流子发射的区域。λ 在下式(A-20)中给出。

电容瞬态的测量

其中, ε0:真空介电常数 εr:半导体相对介电常数 q:电子的基本电荷
如果瞬态测量中的脉冲/偏压调整为 、Lp ≈ 0 、λ << WR 的情况下,则偏振近似为

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