طیف سنجی زود گذر سطح عمیق

طیف‌سنجی زودگذر سطح عمیق ( DLTS ) یک وسیله تجربی برای مطالعه نواقص فعال الکتریکی (معروف به دام های حامل بار ) در نیمه‌رساناها است. DLTSمقدارهای معلوم و مشخص نقص اساسی را ایجاد می کند و غلظت آنها را در ماده اندازه گیری می کند. برخی از پارامترها به عنوان "اثر انگشت" عیب در نظر گرفته می شوند که برای شناسایی و تجزیه و تحلیل آنها مورد استفاده قرار می گیرند.

DLTS نواقص موجود در ناحیه شارژ فضایی ( تخلیه شدن ) یک دستگاه الکترونیکی ساده را بررسی می کند. رایج ترین آنها دیودهای شاتکی یا پیوندهای p-n هستند. در فرآیند اندازه گیری، ولتاژ قطبی دیود حالت پایدار معکوس توسط یک پردازش سیگنال ولتاژ مختل می گردد. این پردازش سیگنال ولتاژ میدان الکتریکی را در ناحیه فضایی بار کاهش می‌دهد و به حامل‌های آزاد از بخش نیمه‌رسانا اجازه می‌دهد تا به این ناحیه نفوذ کرده و عیوب را دوباره شارژ کنند که باعث حالت غیرتعادلی بار آنها می‌گردد. پس از پردازش سیگنال، زمانی که ولتاژ به مقدار ثابت خود بر می گردد، نواقص به دلیل فرآیند انتشار حرارتی شروع به انتشار حامل های به دام افتاده خود می کنند. این روش ظرفیت خازنی ناحیه فضایی شارژ دستگاه را مورد بررسی قرار می دهد که در آن بازیابی حالت شارژ نقص باعث ظرفیت خازن زود گذر می گردد. پردازش سیگنال ولتاژ به دنبال بازیابی حالت شارژ نقص چرخه می گردد و امکان استفاده از روش های مختلف پردازش سیگنال برای تجزیه و تحلیل فرآیند شارژ مجدد عیب را فراهم می سازد.

روش DLTS تقریباً از هر روش تشخیص نیمه رسانا دیگری حساسیت بالاتری دارا می باشد. به عنوان نمونه، در سیلیسیم می تواند ناخالصی ها و نواقص را در غلظت یک قسمت در 12^10 اتم میزبان ماده تشخیص دهد. این ویژگی به همراه طراحی فنی ساده اش، آن را در آزمایشگاه های تحقیقاتی و کارخانه های تولید مواد نیمه رسانا بسیار محبوب کرده است.

روش DLTS توسط دیوید ورن لانگ در آزمایشگاه های بل در سال 1974 پیشقدم شده بود . در سال 1975 حق ثبت اختراع ایالات متحده به لانگ اعطا شد.

روش DLTS

DLTS معمولی

طیف های معمولی DLTS

در DLTS معمولی، ظرفیت زود گذر با استفاده روش تقویت کننده قفل یا دو برابر میانگین ماشین جعبه ای زمانی که دمای نمونه به تدریج در حال تغییر است (معمولا در محدوده ای ازدمای نیتروژن مایع تا دمای اتاق 300 کلوین یا بالاتر)مورد بررسی قرار می گیرد. فرکانس مرجع تجهیزات نرخ تکرار پردازش سیگنال ولتاژ است. در روشی متداول این فرکانس ضرب در مقداری ثابت (بسته به سخت افزاری که مورد استفاده قرار می گیرد) " نرخ پنجره"نامیده می شود. در طول اسکن دما, زمانی پیک ها ظاهر می شود که میزان انتشار از حامل ها از برخی از عیوب برابر نرخ پنجره باشد . با تنظیم نرخ پنجره های متفاوت در اندازه گیری های طیفی DLTS بعدی به دماهای متفاوتی دست مییابد که پیک خاصی ظاهر میشود. داشتن مجموعه ای از نرخ انتشار و جفت دما مربوطه می تواند یک نمودار آرنیوس, که امکان کسر نقص را فراهم می کند انرژی فعال سازی برای فرایند انتشار حرارتی. معمولا این انرژی (گاهی اوقات سطح انرژی نقص نامیده می شود) همراه با مقداری قطع نمودار پارامترهای نقص هستند که برای شناسایی یا تجزیه و تحلیل استفاده می شوند. در نمونه هایی که چگالی رسانایی حامل کم زود گذر دارند نیز برای تجزیه و تحلیل DLTS استفاده شده است.

علاوه بر اسکن دمای معمولی DLTS، که در آن دما در حین پردازش سیگنال کردن دستگاه در فرکانس ثابت پیچ خورده می شود، می‌توان دما را ثابت نگه داشت و فرکانس پردازش سیگنال را پیچ خورده کرد. این روش اسکن فرکانس DLTS نامیده می شود. در تئوری، اسکن فرکانس و دما DLTS باید نتایج یکسانی داشته باشند. اسکن فرکانس DLTS مخصوصاً زمانی مفید واقع می شود که یک تغییر شدید دما ممکن است به دستگاه آسیب برساند. مثالی که برای مفید بودن اسکن فرکانس نشان داده شد، برای مطالعه دستگاه‌های ماسفِت مدرن با اکسیدهای گیت نازک و حساس است.

DLTS برای مورد مطالعه قرار گرفتن نقاط کوانتومی و سلول های خورشیدی پروسکایت مورد استفاده قرار گرفته شده است.

MCTS و DLTS حامل بخش کمتر

برای دیودهای شاتکی، دام های حامل بیشتر با استفاده از یک پردازش سیگنال یک طرفه معکوس مشاهده می‌شوند، در حالی که دام های حامل کمتر را می‌توان موقعی مشاهده کرد که پردازش سیگنال های ولتاژ یک طرفه معکوس با پالس‌های نور با انرژی فوتون از محدوده طیفی شکاف نوارهای نیمه رسانا فوق جایگزین شوند. این روش طیف سنجی زود گذر حامل کمتر (MCTS) نامیده می شود. دام های حامل کمتر را می‌توان برای پیوندهای p-n با استفاده از پالس‌های یک طرفه رو به جلو مشاهده کرد، که حامل‌های کمتر را به ناحیه بار فضایی تزریق می‌کنند. در نمودارهای DLTS، طیف های حامل اقلیت معمولاً با علامت مخالف دامنه نسبت به طیف تله حامل اکثریت نشان داده می شوند.

لاپلاس DLTS

افزونه ای برای DLTS وجود دارد که به عنوان تبدیل لاپلاس DLTS با وضوح بالا (LDLTS) شناخته شده است. لاپلاس DLTS یک روشی همدمایی است که در آن زود گذرهای خازنی دیجیتالی می گردند و در دمای ثابت میانگین آنها گرفته می شوند. سپس نرخ انتشار عیب با استفاده از روش های عددی معادل تبدیل لاپلاس معکوس قابل به دست آوردن است. نرخ انتشار به دست آمده به عنوان یک نمودار طیفی ارائه می گردد. فایده اصلی Laplace DLTS در قیاس با DLTS معمولی افزایش قابل توجه دقت انرژی است که در اینجا به عنوان قابلیت تشخیص سیگنال های بسیار شیبه به یکدیگر قابل درک است.

لاپلاس DLTS در ترکیب با تنش تک محوره موجب به تقسیم سطح انرژی عیب می گرددد. با فرض توزیع تصادفی عیوب در جهت گیری های غیر یکنواخت، تعداد خطوط تقسیم و نسبت شدت آنها منعکس کننده کلاس تقارن عیب داده شده است.

استفاده از LDLTS در خازن های ماسفت به ولتاژهای قطبی شده دستگاه در محدوده ای نیاز می شود که سطح فِرمی برون یابی شده از نیمه رسانا به رابط نیمه رسانا-اکسید این رابط را در حول و هوش شکاف نوارهای نیمه رسانا قطع کند. حالت های رابط الکترونیکی موجود در این رابط می تواند حامل ها را مشابه عیب هایی که در بالا توضیح داده شد به دام بیاندازد. اگر اشغال آنها با الکترون ها یا حفره ها توسط یک ولتاژ پردازش سیگنال کوچک مختل شود، ظرفیت خازن دستگاه پس از پردازش سیگنال به مقدار اولیه خود بر می گردد زیرا حالت های رابط شروع به انتشار حامل ها می کنند. این فرآیند بازیابی را می توان با روش LDLTS برای ولتاژهای قطبی شده دستگاه های مختلف تجزیه و تحلیل کرد. چنین رویه ای اجازه می دهد تا توزیع حالت انرژی حالت های الکترونیکی رابط را در رابط های نیمه رسانا-اکسید (یا دی الکتریک ) بدست آوریم.

DLTS با ظرفیت ثابت

به طور عموم، تحلیل های ظرفیت زود گذر در اندازه‌گیری‌های DLTS فرض می‌کند که غلظت دام های مورد بررسی بسیار کمتر از غلظت آلایش مواد است. در مواردی که این فرض تحقق نیابد، برای تعیین دقیق تر غلظت دام از روش DLTS خازنی ثابت (CCDLTS) استفاده می شود. زمانی که عیوب شارژ می گردند و غلظت آنها زیاد است، بعد عرض ناحیه فضای دستگاه تغییر می کند و تجزیه و تحلیل زود گذر خازن را نادرست می کند. مدار الکترونیکی اضافی که با تغییر ولتاژ یکطرفه دستگاه، ظرفیت کل دستگاه را ثابت نگه می‌دارد، به ثابت نگه داشتن عرض ناحیه تخلیه کمک می‌کند. در نتیجه، ولتاژ متغیر دستگاه، فرآیند شارژ مجدد عیب را منعکس می کند. یک تجزیه و تحلیلی از سیستم CCDLTS با استفاده از نظریه بازخورد توسط لاو و لام در سال 1982 ارائه شد

I-DLTS و PITS

یک عیب مهم برای DLTS وجود دارد: نمی توان از آن برای مواد عایق استفاده کرد. (توجه: یک عایق را می توان به عنوان یک نیمه رسانا شکاف نوار بسیار بزرگ در نظر گرفت.) برای مواد عایق، تولید دستگاهی با یک ناحیه فضایی که عرض آن می‌تواند توسط ولتاژ خارجی یکطرفه تغییر کند، سخت یا ناممکن است و بنابراین روش‌های DLTS مبتنی بر اندازه‌گیری ظرفیت را نمی‌توان برای آنالیز عیب استفاده کرد. بر اساس تجربیات طیف‌سنجی جریان تحریک شده حرارتی (TSC)، جریان های زود گذر با روش‌هایDLTS (I-DLTS)، که در آن پالس‌های نور برای اختلال اشغال نقص استفاده می‌شوند، تجزیه و تحلیل می‌شوند. این روش در ادبیات گاهی اوقات طیف‌سنجی زود گذر نشائت گرفته از نور (PITS) نامیده می‌شود. I-DLTS یا PITS نیز برای مطالعه عیوب در ناحیه i یک دیود پین مورد استفاده قرار می گیرند.

جستارهای وابسته

• تولید حامل و نوترکیب
• باند گپ
• جرم موثر
• دیود شاتکی
• نقص فرنکل
• نقص شاتکی
• دستگاه نیمه هادی
• جای خالی (شیمی)
• پروفیل ولتاژ خازنی
• دی الکتریک با کیفیت بالا

لینک های خارجی

• Database of DLTS signals of defects in semiconductors
• Database of defects in semiconductors

This article "طیف سنجی زود گذر سطح عمیق" is from Wikipedia. The list of its authors can be seen in its historical and/or the page Edithistory:طیف سنجی زود گذر سطح عمیق. Articles copied from Draft Namespace on Wikipedia could be seen on the Draft Namespace of Wikipedia and not main one.

---

 Facebook Page

 Follow us on Twitter !

Read or create/edit this page in another language

• طیف سنجی زود گذر سطح عمیق in English