Name: carrier lifetime measurements in semiconductors through the microwave photoconductivity decay method
Uploaded: 2019-04-18T13:00:00
Duration: 7 min 38 s
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Ce travail a été soutenu par l’Institut de technologie de Nagoya, Japon.

1. préparation de l’échantillon
<ol><li>Préparer un épicouche type n 4H-SiC (Table des matières).</li>
	<li>Laver l’échantillon avec de l’acétone, puis avec de l’eau, pendant 5 min, en utilisant un</li>
	<li>nettoyeur à ultrasons.</li>
	<li>Utilisez un pistolet d’azote pour enlever l’humidité sur la surface de l’échantillon.</li>
</ol>2. préparation des solutions aqueuses
<ol><li>Préparer 1 M H2SO4, HCl, Na2SO4, NaOH ou HF à 1 % wt. Sélectionner et préparer une solution aqueuse à mesurer.</li>
	<li>Préparer une cellule de quartz avec 5 mm (longueur) x 20 mm (largeur) x dimensions de 40 mm (hauteur) et puis versez la solution aqueuse dedans. Mettre l’échantillon préparé dans la cellule et puis plongez-le dans la solution aqueuse. Remarque : il faut au moins 4 mL de la solution aqueuse dans la cellule de quartz pour l’échantillon s’immerger entièrement. Lorsque vous changez la solution, traiter l’échantillon avec ultrasons nettoyage à l’aide d’acétone et eau pure.</li>
</ol>3. préparation de l’équipement de mesure
<ol><li>Allumez l’alimentation du laser pulsé 266 nm pour exciter la source lumineuse. Ensuite, définir le mode de laser en mode veille.</li>
	<li>Raccorder le laser pulsé et un oscillateur par un câble de baïonnette Neill-Concelman (BNC). Allumez l’oscillateur et d’entrée d’une vague d’impulsion de 100 Hz au laser pulsé.</li>
	<li>Connecter une photodiode pour acquisition de déclenchement via un canal d’entrée de déclenchement de l’oscilloscope avec un câble BNC.</li>
	<li>Allumez l’alimentation de la photodiode.</li>
	<li>Irradier le laser pulsé et placer l’ouverture du guide d’ondes micro-ondes sur le trajet optique de la lumière laser à la direction normale à la lumière. Attention : En ce dernier procédé, l’expérimentateur devra porter des lunettes de sécurité lors de l’irradiation laser.</li>
	<li>Installer un miroir à moitié sur le chemin optique du laser pulsé, comme illustré à la Figure 1et reflètent le laser pulsé à la photodiode.</li>
	<li>Mettre en marche l’oscilloscope et définissez son seuil de déclenchement d’un voltage suffisant pour le signal de la photodiode. Remarque : La valeur de seuil peut être réglée plus petite que le pic du signal déclencheur. Lorsqu’une lumière réfléchie involontaire entre la photodiode, l’oscilloscope affiche une fréquence qui diffère grandement de la fréquence du laser pulsé. Dans ce cas, répétez l’étape 3.6.</li>
	<li>Vérifier la fréquence de déclenchement avec un oscilloscope et capter l’oscillateur exactement.</li>
	<li>Mettre le mode laser en mode veille.</li>
	<li>Se connecter à une diode Schottky de barrière dans un guide d’ondes de micro-ondes pour la détection de micro-ondes réfléchie et un canal d’entrée du signal de l’oscilloscope, via un câble BNC.</li>
	<li>Appliquer un 9,5 V tension d’une diode Gunn.</li>
	<li>Placer la cellule de quartz (étape 2.2) sur le stand en face de l’ouverture aussi près que possible. Fixer avec du ruban.</li>
</ol>4. mesure et enregistrement des données
<ol><li>Allumez l’oscillation de lumière laser et irradier la lumière à l’échantillon.</li>
	<li>Placez une moitié-waveplate (λ/2), un polariseur et un compteur d’électricité sur le chemin optique (Figure 1).</li>
	<li>Irradier le laser pulsé du power Meter, comme illustré à la Figure 1. Vérifier l’intensité de l’excitation du laser.</li>
	<li>Ajustez l’angle λ/2 pour le contrôle de l’intensité de l’excitation. Remarque : λ/2 change la direction de polarisation de la lumière laser, tandis que le polariseur transmet la seule direction de polarisation de la lumière, à travers lequel excitation intensité est contrôlée. Densités de photons injectées sont réglées à 8 x 1013 cm−2 et pour le laser de 266 nm, la densité des porteurs excitation en 4 H-SiC est 4,5 x 1017 cm−3.</li>
	<li>Supprimer l’indicateur de puissance du chemin optique.</li>
	<li>Ajuster le temps/div et V/div de l’oscilloscope afin que le signal de crête est affiché sur l’oscilloscope.</li>
	<li>Régler l’amplitude et la phase du micro-ondes grâce à un tuner de E-H. Vérifiez l’oscilloscope et rechercher le tuner E – H où le signal de crête est au maximum. N’a pas de rajustement des résultats E-H tuner en perte de signal, comme illustré à la Figure 2. Remarque : Un amplificateur est utilisé pour renforcer le signal de la désintégration en cas de signal suffisamment grand par rapport au bruit de fond, ou quand il n’est pas respecté même après ajustement de l’accordeur E – H. L’amplificateur est placé entre la diode Schottky de la barrière et le canal d’entrée du signal de l’oscilloscope avec un câble BNC, comme illustré à la Figure 1.</li>
	<li>Répétez les étapes 4.6 et 4.7 pour terminer le réglage.</li>
	<li>Ajuster le temps/div de l’oscilloscope et esquisser une courbe de décroissance dans la zone de mesure sur l’oscilloscope.</li>
	<li>Moyenne du signal pour un nombre arbitraire de fois afin d’améliorer le rapport signal-bruit.</li>
	<li>Sauvegarder les données de mesure sous forme de fichier électronique à une mémoire et puis retirez-la de l’oscilloscope.</li>
</ol>5. traitement des données
<ol><li>Importer les données de signal à un ordinateur personnel.</li>
	<li>Tracer les courbes de décroissance tirées de l’expérience en fonction du temps.</li>
	<li>Calculer la valeur moyenne du niveau de bruit de fond, il en soustraire le signal de la désintégration et il tracer en fonction du temps.</li>
	<li>Trouver la valeur de crête du signal obtenu à l’étape 5.3 décomposition, puis à diviser le signal de la désintégration par la valeur de crête.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Kunst, M., Beck, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+study+of+charge+carrier+kinetics+in+semiconductors+by+microwave+conductivity+measurements.">The study of charge carrier kinetics in semiconductors by microwave conductivity measurements.</a> Journal of Applied Physics. 60 (10), 3558-3566 (1986).</li><li>Klein, P. 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II.</a> Journal of Applied Physics. 63, 1093 (1988).</li><li>Schindler, K. -. M., Kunst, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Charge-Carrier+Dynamics+in+TiO2+Powders.">Charge-Carrier Dynamics in TiO2 Powders.</a> The Journal of Physical Chemistry. 94, 8222-8226 (1990).</li><li>Savenije, T. J., de Haas, M. P., Warman, J. 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Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Dans le protocole de μ-PCD, étape 4.7 est le point le plus important. L’accordeur de E-H a été constituée avec un court-circuit mobilier dans les plans E et H, respectivement. Ainsi, déplaçant le court-circuit de la E ou la H un récepteur modifie l’amplitude et la phase du micro-ondes réfléchie et maximise l’amplitude du signal. Tuning a une grande influence sur la forme d’onde de la courbe de décroissance et doit être interprété strictement. Dans le cas d’une force de signal faible, où l’accord pourrait être difficile, quelques dizaines de tuning moyennes peuvent être utilisés. Pour a échoué tuning, les courbes de décroissance μ-PCD ne sont pas observables ; On observe seulement le signal de bruit d’un oscilloscope. La figure 2 montre la forme d’onde de l’oscilloscope dans un tel cas.
Il est facile de mesurer les échantillons hautement résistant qu’il n’y a aucune limite de conductivité inférieure. Lorsque la résistivité de l’échantillon est faible ou lorsque l’échantillon est épaisse, l’effet de peau de four à micro-ondes n’est pas négligeable. La distance jusqu'à ce que l’intensité de champ électrique des micro-ondes devient fois 1/e est appelée profondeur de peau <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq11.jpg"> </img>, qui est exprimé par l’équation 9 :
<img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq12.jpg">(9)
où ω est la fréquence angulaire du micro-ondes, et ε, ρet μ représentent respectivement la constante diélectrique de l’échantillon, résistivité et la perméabilité. Dans le cas de tr et SiC, les valeurs δ pour le micro-ondes 10 GHz approximatives étaient de 9 mm à 50 Ω∙cm, 2 mm à 10 Ω∙cm, 500 μm à 1 Ω∙cm et 150 μm à 0,1 Ω∙cm. Par conséquent, mesures pour les échantillons ayant une épaisseur typique (plusieurs centaines micron) à moins de 0,1 Ω∙cm perdra δ précision. En revanche, les micro-ondes et les rayonnements optiques sont incidents de l’opposé de la plaquette dans le présent protocole. Un effet négligeable de peau indique mieux micro-ondes et rayonnements optiques du même côté.
Limite inférieure dépendre de la résistivité et l’épaisseur de l’échantillon résultant de son interaction avec le micro-ondes. Pour les échantillons très résistifs, les limites inférieures typiques des transporteurs excédentaires sont l’ordre de 1012 cm−3. En revanche, la diffusion électron-trou doit être considérée à excès transporteurs supérieure à 1016 cm−3, tel que discuté dans réf. 13.
Les courbes de décroissance μ-PCD est devenu douces à densité élevée d’excitation en raison de l’unproportionality de la réflectivité de micro-ondes à la concentration de porteurs excès tels que l’équation (3) perdrait sa validité13,25,26 et τ1/e pourrait être surestimée. La figure 8 montre la courbe de décroissance de μ-PCD d’une substance chimique mécanique de polissage de traitement de surface type n 4 H-SiC avec excitation sur le visage-Si par 266 nm sous intensité d’excitation élevé.
En outre, la résolution temporelle dépend la performance de l’appareil de mesure comme une source d’excitation, un oscilloscope et un amplificateur. Par exemple, dans cette étude, l’appareil se composait d’un laser pulsé avec largeur d’impulsion de 1 ns comme la source d’excitation et un oscilloscope ayant une bande de fréquences de 500 MHz. Par conséquent, la durée de vie minimale mesurable a été estimée à 2 ns.
Comme mentionné précédemment, μ-PCD est très utile pour la caractérisation des semi-conducteurs comme Si. Néanmoins, son application peut être étendue à d’autres matériaux, par exemple, dans les matériaux photoactifs dont TiO227,28,29,30.
En outre, mis à part le μ-PCD, TR-PL2 et TR-FCA a présenté dans les sections précédentes sont les autres techniques de mesure de durée de vie deux transporteur. TR-PL observe le changement d’heure de photoluminescence causées par recombinaison transporteur tandis que TR-CAF observe le temps changer de sonde légère absorption4. Plus précisément, Franco transporteur absorption se produit lorsque la lumière avec une énergie inférieure à celle de la bande interdite est irradiée au cours de l' excitation de transporteur3. Néanmoins, par rapport à ces deux, μ-PCD directement observe conductivité électrique par faisceaux hertziens et a une haute rugosité de surface et de la sensibilité du signal, ce qui en fait la méthode plus idéale pour la mesure de durée de vie du transporteur pour les applications de dispositif de semi-conducteur.

Transporteurs excès dans les semi-conducteurs sont optiquement excités par l’injection de photons d’énergie plus grande que l’écart entre les bandes de conduction et de valence. Les transporteurs excès excités, puis, disparaissent par une recombinaison d’électron-trou dans une constante de temps connue comme la durée de vie de transporteur, qui affecte considérablement les performances des dispositifs à semi-conducteurs au cours de l’opération. Comme l’un des paramètres importants pour des dispositifs à semi-conducteurs et les matériaux, la durée de vie de transporteur est très sensible à la présence de défauts de ces matériaux et en outre exige une méthode pratique d’évaluation. J. Warman et M. Kunst mis au point un transitoire technique ils nommèrent le temps résolu une conductivité micro-ondes (TRMC), ce qui implique l’absorption des micro-ondes pour suivre gratuitement transporteur dynamique dans les semi-conducteurs1. D’autres chercheurs proposé la conductivité photo transitoire (PTC), autrement connue comme la désintégration de photoconductivité micro-ondes (μ-PCD), qui est la technique de qualification matérielle communément adoptées dans les industries de semi-conducteurs en raison de son intermittent et mesures non destructives de la durée de vie de transporteur. En particulier, de carbure de silicium (SiC), les trois principales techniques sont applicables : µ-PCD, temps résolu photoluminescence (PL-TR) et l’heure résolue franco transporteur d’absorption (TR-CAF)2,3,4,5 ,6,7. Parmi ces techniques, µ-PCD est le plus couramment employé, parce que par rapport aux deux autres, car il présente une insensibilité de rugosité de surface (p. ex., mesurable pour tous les divers surface rugosité8,9,10 ) et la sensibilité élevée de signal pour les transporteurs excités (c'est-à-dire qui utilisent un composant micro-ondes optimale). En général, µ-PCD a été préféré pour la mesure de durée de vie de transporteur dans SiC et autres semi-conducteurs matériaux2,5,6,11,12,13 ,14,15,16,17,18,19.
Le protocole de mesure et le principe de μ-PCD1,20,21 est détaillée ici. En principe, il utilise un four à micro-ondes réfléchie comme sonde. Ici, la réflectance de micro-ondes d’un échantillon de R(σ) est équivalente au rapport entre l’intensité réfléchie micro-ondes P(σ) et le micro-ondes incident intensité Pdans telle qu’exprimée par l’équation 1 :
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq1.jpg">(1)
Par irradiation d’un laser à impulsions, la conductivité d’un échantillon de σ remplace σ + Δσ ; de même, R (σ) se transforme en R(σ + Δσ). Ainsi, ΔR est donnée par l’équation 2 :
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq2.jpg">(2)
Dans une approximation de la perturbation (petites Δσ), R(σ + Δσ) est développé en série de Taylor de céder
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq3.jpg">(3)
tandis que Δσ devient
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq4.jpg">, (4).
où q est la charge élémentaire, μp est le trou de la mobilité, μn est la mobilité des électrons, et Δp est la concentration de porteurs excédentaire. Des équations précédentes,<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq5.jpg">ΔR et Δp sont liés par
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq6.jpg">. (5)
La dépendance de la réflectance des micro-ondes sur la concentration de porteurs excès permet μ-PCD observer la décroissance temporelle des transporteurs excès, que nous pouvons utiliser pour estimer la durée de vie de transporteur de matériaux semi-conducteurs.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1061px;" width="1061">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:171px;">n-type 4H-SiC epilayer</td>
			<td style="width:533px;">Ascatron AB http://ascatron.com/</td>
			<td style="width:108px;"></td>
			<td style="width:249px;">Sample</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">266 nm pulsed laser</td>
			<td>CryLaS GmbH http://www.crylas.de/</td>
			<td style="width:108px;">FQSS 266-50&#160;</td>
			<td>Excitation light source</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:171px;">Photodiode</td>
			<td>THORLABS https://www.thorlabs.com/index.cfm</td>
			<td style="width:108px;">DET10A/M</td>
			<td>Trigger signal detection</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Schottky barrier diode</td>
			<td style="width:533px;">ASI http://www.advancedsemiconductor.com/</td>
			<td style="width:108px;">1N23WE</td>
			<td>Reflected microwave detection</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:171px;">Gun diode&#160;</td>
			<td style="width:533px;">Microsemi https://www.microsemi.com/</td>
			<td style="width:108px;">MO86751C</td>
			<td>Microwave generation source</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">E-H tuner&#160;</td>
			<td>SPC ELECTRONICS CORPORATION http://www.spc.co.jp/index.html</td>
			<td></td>
			<td>microwave component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Circulator</td>
			<td>SPC ELECTRONICS CORPORATION http://www.spc.co.jp/index.html</td>
			<td></td>
			<td>microwave component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Rectangular waveguide</td>
			<td>SPC ELECTRONICS CORPORATION http://www.spc.co.jp/index.html</td>
			<td></td>
			<td>microwave component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Double ridge waveguide</td>
			<td>SPC ELECTRONICS CORPORATION http://www.spc.co.jp/index.html</td>
			<td></td>
			<td>microwave component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:171px;">Crystal mount</td>
			<td>SPC ELECTRONICS CORPORATION http://www.spc.co.jp/index.html</td>
			<td style="width:108px;"></td>
			<td>microwave component</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:171px;">Acetone</td>
			<td>KANTO CHEMICAL CO.,INC. https://www.kanto.co.jp/</td>
			<td style="width:108px;">GE00001</td>
			<td>Sample cleaning</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:171px;">Sulfuric acid</td>
			<td>KANTO CHEMICAL CO.,INC. https://www.kanto.co.jp/</td>
			<td style="width:108px;">GE00257</td>
			<td>Acidic aqueous solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:171px;">Hydrochloric acid</td>
			<td>KANTO CHEMICAL CO.,INC. https://www.kanto.co.jp/</td>
			<td style="width:108px;">GE00238</td>
			<td>Acidic aqueous solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:171px;">Hydrogen fluoride</td>
			<td>KANTO CHEMICAL CO.,INC. https://www.kanto.co.jp/</td>
			<td style="width:108px;">18083-1B</td>
			<td>Acidic aqueous solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:171px;">Sodium hydroxide</td>
			<td>KANTO CHEMICAL CO.,INC. https://www.kanto.co.jp/</td>
			<td style="width:108px;">37184-00</td>
			<td>Alkaline aqueous solution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:171px;">Sodium sulfate</td>
			<td>KANTO CHEMICAL CO.,INC. https://www.kanto.co.jp/</td>
			<td style="width:108px;">37280-00</td>
			<td>Neutral aqueous solution</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

carrier lifetime measurements in semiconductors through the microwave photoconductivity decay method

Cet ouvrage présente un protocole utilisant la décomposition de photoconductivité micro-ondes (μ-PCD) pour la mesure de la durée de vie de transporteur de matériaux semi-conducteurs, en particulier SiC. En principe, les transporteurs excédentaires dans le semiconducteur générée par l’excitation se recombinent avec le temps et, par la suite, revenir à l’état d’équilibre. La constante de temps de cette recombinaison est connue comme la durée de vie de transporteur, un paramètre important dans les matériaux et dispositifs semi-conducteurs qui nécessite une mesure sans contact et non destructive idéalement réalisée par le μ-PCD. Lors de l’irradiation d’un échantillon, une partie du four à micro-ondes est reflétée par l’échantillon de semi-conducteurs. Réflectance micro-ondes dépend de la conductivité de l’échantillon, qui est attribuée aux transporteurs. Par conséquent, la décroissance temporelle des transporteurs excédentaires peut être observée grâce à la détection de l’intensité réfléchie de micro-ondes, dont courbe de décroissance peut être analysé pour l’estimation de la durée de vie de transporteur. Les résultats confirment la pertinence du protocole μ-PCD en mesurant la durée de vie de transporteur en matériaux et dispositifs semi-conducteurs.

La figure 1 montre un diagramme schématique de l’appareil μ-PCD consistant en une hyperfréquence de 10 GHz, X waveguide band et un guide d’onde rectangulaire. Le four à micro-ondes a été porté par le guide d’ondes de crête double et irradié sur l’échantillon. La puissance de sortie de diode Gunn était de 50 mW et le bruit de phase a été presque-80 dBc/Hz.
La figure 3 montre la courbe de décroissance de μ-PCD d’un échantillon de 100-μm d’épaisseur type n 4 H-SiC excité sur le Si-visage de 266 nm dans l’air ; Μ-PCD signal (V) mise à l’échelle logarithmique est la variable dépendante et temps (μs) est la variable indépendante. Le pic de tension de signal avait été environ 0.046 V avant amplification. Par ailleurs, la tension observée de la composante de courant continu (DC) du micro-ondes réfléchis provenant de mode oscilloscope CC était de l’ordre de quelques volts. Fur et recombinaison des porteurs excès avec le temps, réflectance de conductivité et de micro-ondes de l’échantillon a diminué.
La figure 4 montre la courbe de décroissance normalisée μ-PCD de la Figure 3. Normalisation permet la comparaison entre les constantes de temps avec des intensités maximales différentes. En général, estimation de durée de vie de transporteur basée sur la courbe de décroissance est effectuée avec le paramètre de1/e 1/e vie τ, indiquant que temps consacré pour obtenir la diminution d’intensité de signal après avoir culminé à 1/e (~ 0,368). Notez que carie µ-PCD n’était pas un seul exponentiels et τ1/e a été influencé par vrac et de recombinaison de surface. Toutefois, en comparant des échantillons ayant différentes épaisseurs ou état de la surface, la constante de temps il a fallu un paramètre de référence. Utilisation de τ1/e était pratique, étant donné le bon ratio signal-bruit à la partie initiale de la courbe de décroissance et la simplicité de l’analyse des données. Afin de caractériser le signal µ-PCD, vie de la mi-temps, j’ai40/j’aimaxet la constante kD a également adopté ces paramètres22,23,24. En fait, τ1/e a été adopté dans la norme SEMI : SEMI MF 15358 comme le standard pour la mesure de durée de vie de transporteur de Si. Pour la courbe de décroissance à la Figure 4, τ1/e était environ 0,34 μs.
Dans la Figure 5, la cellule de quartz, contenant la solution aqueuse et avec l’échantillon sur son mur, a été placé sur le stand en face de l’ouverture de11. Chaque intensité de micro-ondes irradié et le micro-ondes réfléchi de l’échantillon, ainsi que le rapport signal-bruit de μ-PCD, étaient tributaires de la distance entre l’échantillon et l’ouverture, ce qui, idéalement, devrait être aussi proche que possible. Dans la mesure réelle, la distance obtenue était aussi proche que possible ; mesure à l’aide de la cellule de quartz ont donné une distance de 0,5 mm, ce qui était de la même chose que l’épaisseur du verre cellulaire quartz.
La figure 6 montre les courbes de décomposition μ-PCD de la n-type 4 H-SiC dans les airs et dans des solutions aqueuses. Une excitation légère des 266 nm a été irradié à la Si-face de la 4H-SiC. Solutions aqueuses utilisées présentaient des concentrations, comme mentionné précédemment, ce qui suit : 1 M H2SO4, HCl, Na2SO4, ou NaOH ou 1 % en poids de HF. La constante de temps des courbes de décroissance est plus longue avec l’échantillon immergé dans les solutions aqueuses acides (c'est-à-dire, H2SO4HCl et HF), ce qui implique que les solutions acides passivé des États de surface sur le visage-Si et réduit la surface recombinaison de les porteurs en excès.
La figure 7 illustre la dépendance au pH de τ1/e de l’échantillon n-type 4 H-SiC excité sur la Si-face à 266 nm de la lumière. Le pH a été calculé d’après les concentrations molaires de H2SO4, HCl et NaOH. Ce chiffre indique le transporteur vie tributaires des solutions aqueuses de pH ; par conséquent, baisse du pH aurait plus d’effets sur la durée de vie de transporteur.
Vitesse de recombinaison surface S a été calculée pour reproduire le τ1/e utilisé pour les échantillons. Le modèle de la décomposition des transporteurs excès a été signalé en refs. 2 et 3. Pour obtenir la concentration de porteurs excès Dn(x, t), l’équation de continuité suivante a été résolue. Ici, Dn(x, t) a été définie en fonction du temps t et profondeur x dans une couche de semi-conducteur ; par conséquent,
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq7.jpg">, (6).
où τB est en vrac à vie en raison de la recombinaison de Shockley – lire – Hall (SRH), Dun est le coefficient de diffusion ambipolar, B est le coefficient de recombinaison de rayonnement, et C est la recombinaison Auger coefficient de.
Sur les surfaces excités et autres, les conditions aux limites ont été données par équation 7 :
<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq8.jpg">et <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq9.jpg"> (7)
où S0 et SW indiquer la vitesse surface de recombinaison de l’excité et autres surfaces, respectivement, et W est l’épaisseur de la couche.
En outre, le profil de concentration transporteur excès initial en utilisant l’impulsion lumineuse illumination peut être exprimé en utilisant l’équation 8 :
<img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq10.jpg">(8)
g0 est la concentration de porteurs à x = 0 et a est le coefficient d’absorption.
Résoudre l’équation 6 en utilisant les conditions aux limites de l’équation 7 et la condition initiale des courbes d’équation 8 fournie la désintégration de l’excès de transporteur. Dans le processus, S a été estimée en comparant la τ1/e obtenue par les expériences et les courbes de décroissance calculée. Moindres carrés raccord réduit au minimum les erreurs entre l' expérimental τ1/e dans toutes les conditions et le calcul τ1/e avec paramètres S0, Sw et τB.
Telle que décrite par recombinaison transporteur équation 6 est la somme des diverses composantes de carie, à savoir, surface, SRH, radiatif et Auger recombinaisons, les deux derniers ayant remarquable transporteur haute densité. En revanche, la recombinaison SRH dépend de défauts ponctuels et des dislocations dans la masse du matériau semi-conducteur qui forment des niveaux d’énergie dans la bande interdite de semi-conducteurs. Les niveaux d’énergie servent de tremplins pour transition porteuse entre les bandes de valence et de conduction.
m-PCD également montre non-linéarité à une condition d’injection élevée et surestime transporteur vie13,25,26. Figure 8 montre le PCD-m mesurée sous un état de grande excitation. Notez que la courbe de décroissance pour une densité de photons injecté de 1015 cm−2 est devenu plus progressive par rapport à celle pour la densité de photons de 1014 cm−2, en raison de la non-linéarité des micro-ondes. En outre, les exemples de mesure illustrés à la Figure 3, Figure 4 et Figure 6 ont été obtenues pour une densité de photons injecté de 8 x 1013 cm−2 consistant en une non-linéarité micro-ondes négligeable et Auger et radiatives recombinaisons mais dominante SRH et recombinaisons de surface.
Figure 6 on peut prendre pour illustrer la désintégration des calculs de courbe pour le 4 H-SiC de type n tr-visage excité par la lumière 266 nm, en se référant à des lignes en pointillés, où τB = 3 μs et S pour les tr-visage Str = 200 cm/s ou 700 cm/s . Pour les deux paramètres detr S, la courbe de décroissance expérimental mesuré à pH neutre (l’air, 1 M Na2SO4) et dans l’état acide (1 M H2SO4), respectivement, ont été bien reproduit, ce qui signifiait que S Si pour le signiﬁcativement-taper 4 H-SiC réduit de 700 cm/s à 200 cm/s dans des solutions aqueuses acides comme l’hydrogène passivé États de surface sur le visage-Si.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59007/59007fig1.jpg"> Figure 1 : schéma de l’appareil μ-PCD. Une partie de la lumière laser est reflétée par le miroir de moitié-réflexion. Le laser réfléchi est détecté par la photodiode, et un signal provenant de la photodiode est utilisé comme un déclencheur pour l’oscilloscope. Un four à micro-ondes est généré à partir de la diode Gunn dans la direction courbés par le circulateur ; Ensuite, un four à micro-ondes passe par l’ouverture et irradie l’échantillon. Le micro-ondes réfléchi de l’échantillon nous revient à l’ouverture et dans le circulateur, où elle est constatée par la diode de barrière de Schottky. Enfin, le signal provenant de la diode de barrière de Schottky est observé par l’oscilloscope. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59007/59007fig1large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59007/59007fig2.jpg"> Figure 2 : la Signal μ-PCD pour un réglage défectueux du tuner E-H. Aucun pic mesurable n’est observé pour un tuning a échoué. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59007/59007fig2large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59007/59007fig3.jpg"> Figure 3 : la courbe de décroissance de μ-PCD pour l’échantillon type n 4H-SiC avec excitation sur le visage-Si par 266 nm dans l’air. Le laser pulsé est irradiée en temps = 0 s, au cours de laquelle l’intensité du signal est au maximum. Ce chiffre a été modifié par Ichikawa et al.,11 , avec les autorisations. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59007/59007fig3large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59007/59007fig4.jpg"> Figure 4 : courbe de décroissance normalisée μ-PCD pour l’échantillon type n 4H-SiC avec excitation sur le visage-Si par 266 nm dans l’air. La valeur maximale de la courbe de décroissance à la Figure 2 est normalisée à l’unité. La valeur de la ligne pointillée est 1/e, et τ1/e est environ 0,34 μs tel que représenté. Ce chiffre a été modifié par Ichikawa et al.,11 , avec les autorisations. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59007/59007fig4large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59007/59007fig5.jpg"> Figure 5 : Image de mesure μ-PCD dans une solution aqueuse dans une cellule de quartz. La cellule de quartz est placée sur le stand en face de l’ouverture pour permettre la mesure de courbe de décroissance μ-PCD en solution aqueuse. La dimension de la cellule est de 5 x 20 x 40 mm (longueur x largeur x hauteur). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59007/59007fig5large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59007/59007fig6.jpg"> Figure 6 : normalisé et calculé les courbes de décomposition μ-PCD pour l’échantillon type n 4H-SiC avec excitation sur le visage-Si par 266 nm, dans l’air et des solutions aqueuses. Lignes pleines représentent les courbes de résultats expérimentaux μ-PCD pour les solutions aqueuses de H2O, H2SO4, HCL, Na2SO4, NaOH ou HF. Les lignes en pointillés sont des courbes calculées avec la vie de transporteur en vrac dans les couches, τB = 3 μs et la vitesse de recombinaison de surface pour le visage tr- Str = 200 cm/s ou 700 cm/s. Ce chiffre a été modifié par Ichikawa et al.,11 , avec les autorisations. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59007/59007fig6large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59007/59007fig7.jpg"> Figure 7 : L’influence du pH sur τ1/e pour le type n 4 H-SiC déguster avec excitation sur le visage-Si par 266 nm. Vie de l’entreprise augmente le pH de la solution aqueuse diminue. Ce résultat indique que le pH plus faible auront plus d’effets sur la durée de vie de transporteur. Ce chiffre a été modifié par Ichikawa et al.,11 , avec les autorisations. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59007/59007fig7large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/59007/59007fig8.jpg"> Figure 8 : La μ-PCD courbe de décroissance de type n 4H-SiC avec une excitation de la densité de photons injecté de 10 à14 ou 1015 cm−2 sur le Si-visage de 266 nm. Mesure avec grande excitation à la densité de photons de 1015 cm−2 fait une courbe de décroissance plus progressive que celle à faible densité de photons en raison de la non-linéarité de la réflectivité de micro-ondes. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/59007/59007fig8large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>

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Carrier Lifetime Measurements in Semiconductors through the Microwave Photoconductivity Decay Method

L’un des paramètres physiques importants dans les semi-conducteurs, est mesuré transporteur vie présentes via un protocole qui emploient la méthode de décomposition de photoconductivité micro-ondes.

Transporteur à vie des mesures dans les semi-conducteurs, par le biais de la méthode de décomposition de photoconductivité micro-ondes

This work presents a protocol employing the microwave photoconductivity decay (&#956;-PCD) for measurement of the carrier lifetime in semiconductor ...

La durée de vie du transporteur est un paramètre important pour l’analyse et les matériaux des ondes semi-conducteurs. Nous avons besoin d’une méthode commune pour l’aberration de la durée de vie du transporteur. Ici, nous introduisons la désintégration de photoconductivité de micro-ondes ce que l’on appelle micro-PCD.micro-PCD est généralement obsolète micro-PCD est généralement obsolète parce qu’il est à long comportement et longue méthode perturbatrice. Un autre avantage de cette méthode est l’insensibilité à ce qui suit l’aberration des matériaux de toute structure. Takato Asada, un étudiant de mon laboratoire, démontrera la procédure.Pour commencer cette procédure, préparez une épicouche en carbure en silicium n-type 4H. À l’aide d’une rondelle ultrasonique, laver l’échantillon avec de l’acétone pendant cinq minutes, suivre à l’eau pendant cinq minutes. Par la suite, utilisez un pistolet à azote pour éliminer l’humidité à la surface de l’échantillon.Ensuite, préparez une molaire d’acide sulfurique, de chlorure d’hydrogène, de sulfate de sodium, d’hydroxyde de sodium ou un pour cent de poids d’acide fluorhydrique. Préparez une solution aqueuse à mesurer. Verser ensuite la solution aqueuse dans une cellule de quartz.Transférez l’échantillon préparé dans la cellule et plongez-le dans la solution aqueuse. Pour préparer l’équipement de mesure, allumez l’alimentation électrique du laser pulsé de 266 nanomètres pour exciter la source lumineuse. Réglez ensuite le mode laser en veille.Connectez le laser pulsé et un oscillateur avec un câble BNC. Allumez l’oscillateur et entrez une onde d’impulsion de 100 hertz au laser pulsé. Par la suite, connectez une photodiode à l’oscilloscope avec le câble BNC pour déclencher l’acquisition.Ensuite, allumez la photodiode. Ensuite, mettez les lunettes de sécurité. Irradier le laser pulsé et placer l’ouverture du guide d’ondes micro-ondes sur la trajectoire optique de la lumière laser à la direction perpendiculaire à la lumière.Installez un demi-miroir sur la trajectoire optique du laser pulsé et réfléchissez le laser pulsé jusqu’à la photodiode. Par la suite, allumez l’oscilloscope et fixez le seuil de déclenchement sur une tension suffisante pour détecter le signal de la photodiode. Vérifiez ensuite la fréquence de déclenchement avec un oscilloscope et accordez-la si nécessaire.Par la suite, réglez le mode laser en veille. Connectez une diode de barrière schottky dans un guide d’ondes micro-ondes pour la détection réfléchie des micro-ondes et un canal d’entrée de signal de l’oscilloscope avec un câble BNC. Appliquez ensuite une tension de fonctionnement de 9,5 volts à une diode de canon.Placez la cellule de quartz sur le support devant l’ouverture aussi près que possible et fixez-la avec du ruban adhésif. Pour mesurer la durée de vie du transporteur, allumez l’oscillation de la lumière laser et effacez la lumière à l’échantillon. Placez une plaque à demi-ondes, un polariseur et un compteur d’énergie sur le chemin optique.Effacez le laser d’impulsion au compteur de puissance. Vérifiez l’intensité d’excitation du laser. Ajustez ensuite l’angle demi-onde pour le contrôle de l’intensité de l’excitation.Ensuite, retirez le compteur d’énergie du chemin optique. Ajustez les échelles de temps et de tension de l’oscilloscope de sorte que le signal de pointe soit affiché sur l’oscilloscope. Par la suite, réglez l’amplitude et la phase du micro-ondes à l’intermédiaire d’un accordeur E-H.Vérifiez l’oscilloscope et recherchez l’accordeur E-H où le signal de pointe est au maximum. L’ajustement raté de l’accordeur E-H entraîne une perte de signal. Cette étape doit être effectuer avec le plus grand soin.Maintenant, les surtunings compromis produisent des enregistrements d’accordeur et une mesure incorrecte. L’échec du réglage ne peut pas être confirmé dans les processus de données. Ajustez l’échelle de temps de l’oscilloscope et esquissez une courbe de décomposition dans la zone de mesure de l’oscilloscope.Moyenne du signal pour un nombre arbitraire de fois pour améliorer le rapport signal-bruit. Enregistrez ensuite les données de mesure sous forme de fichier électronique sur un lecteur de mémoire. Pour traiter les données, importez les données du signal sur un ordinateur personnel et tracez les courbes de décomposition obtenues à partir de l’expérience en fonction du temps.Calculez la valeur moyenne du niveau de bruit de fond, soustrayez-le du signal de décomposition et tracez-le en fonction du temps. Trouvez la valeur maximale du signal de décomposition, puis divisez le signal de décomposition par la valeur maximale. Cette intrigue montre des courbes de désintégration micro-PCD du carbure de silicium n-type 4H dans l’air et dans des solutions aqueuses.Une lumière d’excitation de 266 nanomètres a été irradié à la phase de silicium du carbure de silicium 4H dans des solutions aqueous. La constante de temps des courbes de décomposition était plus longue avec l’échantillon immergé dans les solutions aqueuses acides, ce qui implique que les solutions acides passivated états de surface sur la phase de silicium et la recombinaison de surface réduite des porteurs excédentaires. S’il vous plaît garder à l’esprit Ces propriétés actuelles sont insonorisées.Avec une mesure de la conductivité élevée insonorisée, les forces du signal seront faibles. Dans de tels cas, la bifurcation du signal sera regrade. La mesure à haute température peut être effectuée en soufflant hotware tout en appuyant sur l’échantillon sur la plaque chaude.Grâce à la mesure à haute température, nous spéculons sur les propriétés de différentes 15 transporteurs à vie. Cette méthode a été en exclusive dans l’industrie des semi-conducteurs conventionnels. Avec cette méthode, nous pouvons caractériser 40 ohms mêmes matériaux conductrices et leurs propriétés de surface complémentaires.Les rayons pulsés sont dangereux. Assurez-vous d’utiliser des lunettes de sécurité et ne portez pas de montres pour empêcher la réflexion de la lumière.

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