Name: carrier lifetime measurements in semiconductors through the microwave photoconductivity decay method
Uploaded: 2019-04-18T13:00:00
Duration: 7 min 38 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Carrier Lifetime Measurements in Semiconductors through the Microwave Photoconductivity Decay Method at JoVE.com

Эта работа была поддержана технологический институт Нагоя, Япония.

1. Подготовка образца
<ol><li>Подготовьте n типа 4H-SiC epilayer (Таблица материалов).</li>
	<li>Вымойте образца с ацетоном, а затем с водой, каждый на 5 мин, с использованием</li>
	<li>Ультразвуковая мойка.</li>
	<li>Используйте пистолет азота для удаления влаги на поверхности образца.</li>
</ol>2. Подготовка водных растворов
<ol><li>Подготовка 1 М каждый из H2так4, HCl, Na2т4, NaOH или ВЧ 1 wt % концентрации. Выбрать и подготовить водный раствор измеряется.</li>
	<li>Подготовить кварц ячейки с 5 мм (длина) x 20 мм (ширина) x 40 мм (высота) и затем вылить водный раствор в нее. Положите подготовленного образца в ячейку и затем погрузить его в водный раствор. Примечание: по крайней мере 4 мл водного раствора в ячейке кварц является обязательным для образца полностью погружен. При изменении решения, лечить образца с ультразвуковой очистки с помощью ацетона и чистой воды.</li>
</ol>3. Подготовка измерительного оборудования
<ol><li>Включите источник питания импульсных лазерных 266 Нм для возбуждения источника света. Впоследствии установите режим лазер в режиме ожидания.</li>
	<li>Соедините импульсных лазерных и осциллятор через кабель штык Нейл-Concelman (BNC). Включите осциллятор и ввод пульсовой волны 100 Гц для импульсного лазера.</li>
	<li>Подключите фотодиод триггера приобретение через триггер входного канала Осциллограф с кабелем BNC.</li>
	<li>Включите электропитание фотодиод.</li>
	<li>Облучить импульсных лазерных и место апертуры волновода Микроволновая печь на оптического пути лазерного света в направлении нормальных к свету. Предупреждение: В процессе последнего, экспериментатор должен носить очки безопасности во время лазерного облучения.</li>
	<li>Установите половину зеркало на оптического пути импульсного лазера, как показано на рисунке 1и отражать импульсный лазер на фотодиод.</li>
	<li>Включите Осциллограф и затем установите его порог срабатывания для напряжения достаточно, чтобы сигнал от фотодиод. Примечание: Значение порога может задать меньше, чем пик сигнал триггера. Когда непреднамеренного отраженный свет входит фотодиода, осциллограф отображает частоту, которая сильно отличается от частоты импульсного лазера. В этом случае повторите шаг 3,6.</li>
	<li>Проверка частоты триггера с помощью осциллографа и точно настраивать осциллятора.</li>
	<li>Наденьте лазерный режим ожидания.</li>
	<li>Диод шотки барьер в микроволновой волновода для отраженного микроволновой обнаружения и сигнала ввода канала осциллограф, подключение через кабель BNC.</li>
	<li>Применить 9.5 V рабочее напряжение на диоде Ганна.</li>
	<li>Место кварц клеток (шаг 2.2) на стенде перед диафрагмы как можно ближе. Зафиксировать клейкой лентой.</li>
</ol>4. измерение и сохранение данных
<ol><li>Включите лазерный свет колебание и излучают свет в образце.</li>
	<li>Место половины фазовые (λ/2), поляризатор и измеритель мощности на оптической оси (рис. 1).</li>
	<li>Облучить импульсный лазер на измеритель мощности, как показано на рисунке 1. Проверьте возбуждения интенсивности лазера.</li>
	<li>Регулировка угла λ/2 для контроля интенсивности возбуждения. Примечание: λ/2 изменяет направление поляризации лазерного света, в то время как поляризатор передает только одно направление поляризации света, через который возбуждения контролируется интенсивности. Вводят Фотон плотности установлены 8 x 1013 см−2 и 266 Нм лазер, плотность возбуждения перевозчиком в 4 H-SiC-4.5 x 1017 см−3.</li>
	<li>Удаление измеритель мощности из оптического пути.</li>
	<li>Отрегулируйте время/div и V/div осциллографа, так что пик сигнал отображается на осциллограф.</li>
	<li>Настройте амплитуда и фаза СВЧ через тюнер E – H. Проверьте Осциллограф и искать тюнер E – H где пика сигнала находится на максимум. Не удалось регулировка E-H тюнер приводит к потери сигнала, как показано на рисунке 2. Примечание: Усилитель используется для укрепления распада сигнал в случае недостаточно большого сигнала относительно фонового шума или когда он не наблюдается даже после корректировки E – H тюнер. Усилитель помещается между Диод Schottky барьер и сигнал входной канал Осциллограф с BNC кабель, как показано на рисунке 1.</li>
	<li>Повторите шаги 4.6 и 4.7 для завершения настройки.</li>
	<li>Отрегулируйте время/div Осциллограф и эскиз кривой спада в области измерения на осциллограф.</li>
	<li>Средний сигнал произвольное количество раз для улучшения соотношения сигнал шум.</li>
	<li>Сохранить данные измерений в виде электронного файла в память, а затем удалить его от осциллографа.</li>
</ol>5. обработка данных
<ol><li>Импорт данных сигнала на персональный компьютер.</li>
	<li>Участок распада кривые, полученные из эксперимента как функцию от времени.</li>
	<li>Вычислить среднее значение уровня шума фона, вычесть его от гниения сигнала и участок его как функцию от времени.</li>
	<li>Найти максимальное значение распада сигнала, полученного на шаге 5.3 и затем разделить сигнал распада пикового значения.</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. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carrier+lifetime+measurement+in+n&#8722;4H-SiC+epilayers.">Carrier lifetime measurement in n&#8722;4H-SiC epilayers.</a> Journal of Applied Physics. 103, 033702 (2008).</li><li>Linnros, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carrier+lifetime+measurements+using+free+carrier+absorption+transients.+I.+Principle+and+injection+dependence.">Carrier lifetime measurements using free carrier absorption transients. I. Principle and injection dependence.</a> Journal of Applied Physics. 84, 275-283 (1998).</li><li>Mae, S., Tawara, T., Tsuchida, H., Kato, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microscopic+FCA+System+for+Depth-Resolved+Carrier+Lifetime+Measurement+in+SiC.">Microscopic FCA System for Depth-Resolved Carrier Lifetime Measurement in SiC.</a> Materials Science Forum. 924, 269-272 (2018).</li><li>Miyazawa, T., Ito, M., Tsuchida, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+long+carrier+lifetimes+in+thick+4H+silicon+carbide+epitaxial+layers.">Evaluation of long carrier lifetimes in thick 4H silicon carbide epitaxial layers.</a> Applied Physics Letters. 97, 202106 (2010).</li><li>Kimoto, T., Danno, K., Suda, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lifetime-killing+defects+in+4H-SiC+epilayers+and+lifetime+control+by+low-energy+electron+irradiation.">Lifetime-killing defects in 4H-SiC epilayers and lifetime control by low-energy electron irradiation.</a> Physica Status Solidi B. 245, 1327 (2008).</li><li>&#352;&#269;ajev, P., Gudelis, V., Jara&#353;i&#363;nas, K., Klein, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+and+slow+carrier+recombination+transients+in+highly+excited+4H-and+3C-SiC+crystals+at+room+temperature.">Fast and slow carrier recombination transients in highly excited 4H-and 3C-SiC crystals at room temperature.</a> Journal of Applied Physics. 108, 023705 (2010).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> SEMI Standard, SEMI MF1535. , (2007).</li><li>Hashizume, H., Sumie, S., Nakai, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carrier+Lifetime+Measurements+by+Microwave+Photoconductivity+Decay+Method.">Carrier Lifetime Measurements by Microwave Photoconductivity Decay Method.</a> ASTM Special Technical Publication. 1340, 47 (1998).</li><li>Sch&#246;fthaler, M., Brendel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sensitivity+and+transient+response+of+microwave+reflection+measurements.">Sensitivity and transient response of microwave reflection measurements.</a> Journal of Applied Physics. 77, 3162 (1995).</li><li>Ichikawa, Y., Ichimura, M., Kimoto, T., Kato, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Passivation+of+Surface+Recombination+at+the+Si-Face+of+4H-SiC+by+Acidic+Solutions.">Passivation of Surface Recombination at the Si-Face of 4H-SiC by Acidic Solutions.</a> ECS Journal Solid State Science and Technology. 7 (8), Q127-Q130 (2018).</li><li>Mori, Y., Kato, M., Ichimura, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+recombination+velocities+for+n-type+4H-SiC+treated+by+various+processes.">Surface recombination velocities for n-type 4H-SiC treated by various processes.</a> Journal of Physics D: Applied Physics. 47, 335102 (2014).</li><li>Kato, M., Mori, Y., Ichimura, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microwave+reflectivity+from+4H-SiC+under+a+high+injection+condition:+impacts+of+electron-hole+scattering.">Microwave reflectivity from 4H-SiC under a high injection condition: impacts of electron-hole scattering.</a> Journal of Applied Physics. 54, 04DP14 (2015).</li><li>Kato, M., Matsushita, Y., Ichimura, M., Hatayama, T., Ohshima, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excess+Carrier+Lifetime+in+p-Type+4H-SiC+Epilayers+with+and+without+Low-Energy+Electron+Irradiation.">Excess Carrier Lifetime in p-Type 4H-SiC Epilayers with and without Low-Energy Electron Irradiation.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 51, 028006 (2012).</li><li>Kato, M., Yoshida, A., Ichimura, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimation+of+Surface+Recombination+Velocity+from+Thickness+Dependence+of+Carrier+Lifetime+in+n-Type+4H-SiC+Epilayers.">Estimation of Surface Recombination Velocity from Thickness Dependence of Carrier Lifetime in n-Type 4H-SiC Epilayers.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 51, 02BP12 (2012).</li><li>Mori, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excess+Carrier+Lifetime+Measurement+of+Bulk+SiC+Wafers+and+Its+Relationship+with+Structural+Defect+Distribution.">Excess Carrier Lifetime Measurement of Bulk SiC Wafers and Its Relationship with Structural Defect Distribution.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 44, 8333 (2005).</li><li>Jenny, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+annealing+on+carrier+lifetime+in+4H-SiC.">Effects of annealing on carrier lifetime in 4H-SiC.</a> Journal of Applied Physics. 100, 113710 (2006).</li><li>Hayashi, T., Asano, K., Suda, J., Kimoto, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temperature+and+injection+level+dependencies+and+impact+of+thermal+oxidation+on+carrier+lifetimes+in+p-type+and+n-type+4H-SiC+epilayers.">Temperature and injection level dependencies and impact of thermal oxidation on carrier lifetimes in p-type and n-type 4H-SiC epilayers.</a> Journal of Applied Physics. 109, 014505 (2011).</li><li>Okuda, T., Miyake, H., Kimoto, T., Suda, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long+Photoconductivity+Decay+Characteristics+in+p-Type+4H-SiC+Bulk+Crystals.">Long Photoconductivity Decay Characteristics in p-Type 4H-SiC Bulk Crystals.</a> Japanese Journal of Applied Physics. 52, 010202 (2013).</li><li>Schofthaler, M., Brendel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sensitivity+and+transient+response+of+microwave+reflection+measurements.">Sensitivity and transient response of microwave reflection measurements.</a> Journal of Applied Physics. 77, 3162-3173 (1995).</li><li>Beck, G., 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=Contactless+scanner+for+photoactive+materials+using+laser-induced+microwave+absorption.">Contactless scanner for photoactive materials using laser-induced microwave absorption.</a> Review of Scientific Instruments. 57, 197-201 (1986).</li><li>Kolen'ko, Y. V., Churagulov, B. R., Kunst, M., Mazerolles, L., Colbeau-Justin, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photocatalytic+properties+of+titania+powders+prepared+by+hydrothermal+method.">Photocatalytic properties of titania powders prepared by hydrothermal method.</a> Applied Catalysis B: Environmental. 54, 51-58 (2004).</li><li>Carneiro, J. T., Savenije, T. J., Moulijn, J. A., Mul, 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+effect+of+Au+on+TiO2+catalyzed+selective+photocatalytic+oxidation+of+cyclohexane.">The effect of Au on TiO2 catalyzed selective photocatalytic oxidation of cyclohexane.</a> Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 217, 326-332 (2011).</li><li>Luna, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synergetic+effect+of+Ni+and+Au+nanoparticles+synthesized+on+titania+particles+for+efficient+photocatalytic+hydrogen+production.">Synergetic effect of Ni and Au nanoparticles synthesized on titania particles for efficient photocatalytic hydrogen production.</a> Applied Catalysis B: Environmental. 191, 18-28 (2016).</li><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, 3358 (1986).</li><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.+II.">The study of charge carrier kinetics in semiconductors by microwave conductivity measurements. 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. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Yield+and+Mobility+of+Charge+Carriers+in+Smooth+and+Nanoporous+TiO2+Films.">The Yield and Mobility of Charge Carriers in Smooth and Nanoporous TiO2 Films.</a> Zeitschrift f&#252;r Physikalische Chemie. , 201-206 (1999).</li><li>Colbeau-Justin, C., Kunst, M., Huguenin, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+influence+on+charge-carrier+lifetimes+in+TiO2+powders+studied+by+microwave+absorption.">Structural influence on charge-carrier lifetimes in TiO2 powders studied by microwave absorption.</a> Journal of Materials Science. 38, 2429-2437 (2003).</li><li>Kato, M., Kohama, K., Ichikawa, Y., Ichimura, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carrier+lifetime+measurements+on+various+crystal+faces+of+rutile+TiO2+single+crystals.">Carrier lifetime measurements on various crystal faces of rutile TiO2 single crystals.</a> Materials Letters. 160, 397-399 (2015).</li></ol>

Авторы не имеют ничего сообщать.

В протоколе μ-PCD шаг 4.7 является наиболее важным моментом. E – H тюнер был включен с подвижных короткого замыкания в плоскости E и H, соответственно. Таким образом перемещение короткого замыкания тюнер E или H тюнер изменения амплитуды и фазы отраженной СВЧ и максимизирует амплитуда сигнала. Тюнинг имеет большое влияние на осциллограмме распада кривой и должны строго выполняться. В случае слабого сигнала, где настройки может быть сложным может использоваться несколько десятков тюнинг средние. Не тюнинг, μ-PCD распада кривые не наблюдаемый; наблюдается только шумовой сигнал осциллографа. Рисунок 2 показывает Осциллограф осциллограмм в таком случае.
Это легко для измерения высоким сопротивлением образцы, как нет нижнего предела проводимости. Когда сопротивление образца является низким или образца толщиной, скин-эффект микроволновой печи не является незначительным. Расстояние до тех пор, пока интенсивность электрического поля СВЧ становится 1/e раз называется глубиной кожи <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq11.jpg"> </img>, который выражается уравнением 9:
<img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq12.jpg">(9)
ω-угловая частота СВЧ, где ρε и μ представляют диэлектрическая проницаемость образца, сопротивление и проницаемость, соответственно. В случае Si и SiC приблизительное δ значения для 10 ГГц микроволновых печей были 9 мм на 50 Ω∙cm, 2 мм на 10 Ω∙cm, 500 мкм на 1 Ω∙cm и 150 мкм на 0,1 Ω∙cm. Таким образом измерения для образцов с типичными толщины (несколько сотен микрон) на менее 0,1 Ω∙cm будет терять точность δ . С другой стороны микроволновой печью и оптического излучения инцидент от противоположные пластины в настоящем Протоколе. Незначительный эффект кожи показывает лучше микроволновой и оптического излучения с той же стороны.
Нижние пределы зависит от сопротивления и толщины образца, вытекающие из его взаимодействия с СВЧ. Для образцов, высоким сопротивлением типичный нижних пределов избыточных носителей составляет порядка 1012 см−3. С другой стороны электронно – дырочных рассеяния должны рассматриваться на избыток перевозчиков больше чем 1016 см−3, как описано в ref. 13.
Μ-PCD кривых распада стал нежный на высоких возбуждения плотности за счет unproportionality Микроволновая печь отражательная способность к концентрации избыточного перевозчик таким образом, что уравнение (3) потеряет свою действительность по13,25,26 и τ1/e будет переоценить. На рисунке 8 показана кривая распада μ-PCD химического Механическая полировка, обработка поверхности n типа 4 H-SiC с возбуждением на Si лицо, 266 Нм под возбуждения высокой интенсивности.
Кроме того резолюции время зависит от производительности аппарата измерения как источник возбуждения, осциллограф и усилитель. Например, в этом исследовании, аппарат состоял из импульсного лазера с длительностью импульса 1 НС как источник возбуждения и осциллографа, имея частот 500 МГц. Следовательно, минимальный измеримые жизни оценивается в 2 НС.
Как упоминалось ранее, μ-PCD является очень полезным для определения характеристик полупроводниковых приборов, таких как Си. Тем не менее его приложение может быть расширено с другими материалами, например, в фотоактивного материалах, включая TiO227,28,29,30.
Кроме того помимо μ-PCD, TR-PL2 и TR-FCA представил в предыдущих разделах являются другие методы измерения жизни двух перевозчика. TR-PL отмечает изменение времени фотолюминесценция вызванных перевозчика рекомбинации в то время как TR-FCA отмечает время изменения зонда Светлая абсорбциа4. В частности Франко перевозчик поглощение происходит, когда свет с энергией меньше, чем разрыв группы облученных во время возбуждения перевозчик3. Тем не менее по сравнению с этими двумя, μ-PCD непосредственно наблюдает электропроводность, Микроволновая и имеет высокий шероховатости поверхности и чувствительность сигнала, что делает его более идеальный метод для измерения жизни перевозчика для полупроводниковых устройств приложений.

Избыток перевозчиков в полупроводниках оптически рады путем инъекций фотонов с энергии больше, чем разрыв между диапазонами проводимости и валентной. Затем, возбужденных избыток перевозчиков, исчезают электронно – дырочных рекомбинации в рамках постоянной времени, известный как перевозчик жизни, который существенно влияет на производительность полупроводниковых приборов во время операции. Как один из важных параметров для полупроводниковых приборов и материалов перевозчик жизни очень чувствителен к наличие дефектов в этих материалах и далее требует удобный метод оценки. J. Уорман и M. Kunst развитых переходных технику, они назвали время решена Микроволновая печь электропроводности (TRMC), которая включает микроволновой поглощения следовать заряда перевозчик динамика в полупроводниках1. Другие исследователи предложили переходных фото проводимости (TPC), иначе известный как микроволновая печь фотопроводимости распада (μ-PCD), который обычно принимается материал квалификации техника в полупроводниковой промышленности благодаря своей бесконтактные и неразрушающих измерений существования перевозчика. В частности, для карбида кремния (SiC), применяются три основных методов: µ-PCD, время решена, TR-фотолюминесценция и время решена Франко перевозчик поглощения (TR-FCA)2,3,4,5 6, ,7. Среди этих методов µ-PCD является наиболее широко занятых, потому что по сравнению с двумя другими как она проявит равнодушие шероховатости поверхности (т.е., измеримые для любого заданного различные поверхности шероховатость8,9,10 ) и высокий сигнал чувствительности для возбужденных перевозчиков (то есть с помощью компонента оптимальный Микроволновая печь). В общем µ-PCD был предпочтительным для измерения жизни перевозчика в НИЦ и другие полупроводниковые материалы2,5,6,11,12,13 ,14,,1516,,1718,19.
Здесь подробно протокол измерений и принцип μ-PCD1,,2021 . В принципе она использует микроволновой отражение как зонд. Здесь Микроволновая отражения образца R(σ) эквивалентен соотношение интенсивности отраженного микроволновой P(σ) и инцидент Микроволновая интенсивности Pв выраженную уравнение 1:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq1.jpg">(1)
При облучении лазерного импульса, проводимости образца σ изменения σ + Δσ; Аналогичным образом R (σ) преобразования R(σ + Δσ). Таким образом ΔR задается уравнение 2:
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq2.jpg">(2)
В приближении возмущений (небольшой Δσ), R(σ + Δσ) разработан в ряд Тейлора приносить
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq3.jpg">(3)
в то время как становится Δσ
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq4.jpg">, (4).
где q -элементарный заряд, μp является мобильность отверстие, μn — подвижность электронов, а Δp – концентрация на избыток перевозчика. От предыдущей уравнений<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq5.jpg">ΔR и Δp связаны
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/59007/59007eq6.jpg">. (5)
Зависимость отражения Микроволновая печь на избыток перевозчик концентрации позволяет μ-PCD соблюдать время распада избыточных перевозчиков, которые мы можем использовать для оценки несущей жизни полупроводниковых материалов.

<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

Эта работа представляет протокол, используя микроволновой фотопроводимости распада (μ-PCD) для измерения жизни перевозчика в полупроводниковых материалов, особенно SiC. В принципе избыток перевозчиков в полупроводнике, созданного с помощью возбуждения перекомбинируйте с течением времени и, впоследствии, вернуться в состояние равновесия. Постоянная времени этой рекомбинации известен как перевозчик жизни, важным параметром в полупроводниковых материалов и приборов, требует бесконтактные и неразрушающих измерений, идеально достигается μ-PCD. Во время облучения образца частью микроволновой печи отражается в образце полупроводников. Микроволновая печь отражательная способность зависит от проводимости образца, который приписывается перевозчиков. Таким образом время распада избыточных носителей можно наблюдать через определение интенсивности отраженного микроволновой, чьи кривой распада могут быть проанализированы для оценки существования перевозчика. Результаты подтверждают пригодность μ-PCD протокол измерения жизни перевозчика в полупроводниковых материалов и приборов.

Watch this Scientific Journal Video about Carrier Lifetime Measurements in Semiconductors through the Microwave Photoconductivity Decay Method at JoVE.com

Carrier Lifetime Measurements in Semiconductors through the Microwave Photoconductivity Decay Method

Как один из важных физических параметров в полупроводниках перевозчик жизни измеряется здесь через протокол, используя метод распада фотопроводимости Микроволновая печь.

Измерения жизни несущей в полупроводниках методом микроволновой фотопроводимости распада

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

Срок службы носителя является важным параметром для анализа полупроводниковых волн и материалов. Нам нужен общий метод для аберрации жизни перевозчика. Здесь мы вводим микроволновый распад фотопроводимости, так называемый микро-PCD.микро-PCD, как правило, устарели микро-PCD, как правило, устарели, потому что это долгое поведение и длинный разрушительный метод. Еще одним преимуществом этого метода является нечувствительность к которому следует аберрация материалов любых структур. Демонстрацией процедуры будет Такато Асада, студент из моей лаборатории.Чтобы начать эту процедуру, подготовить n-типа 4H кремния карбид эпилейер. Используя ультразвуковую шайбу, промойте образец ацетоном в течение пяти минут, следуйте по воде в течение пяти минут. Впоследствии используйте азотную пушку для удаления влаги на поверхности образца.Затем приготовьте один моляр из серной кислоты, хлорида водорода, сульфата натрия, гидроксида натрия или один процент веса гидрофторной кислоты. Подготовь aqueous разрешение, которое будет измерено. Затем вылейте aqueous раствор в кварцевую клетку.Перенесите подготовленный образец в клетку и погрузите его в aqueous раствор. Чтобы подготовить измерительное оборудование, включите источник питания 266 нанометров импульсного лазера, чтобы возбудить источник света. Затем установите лазерный режим в режиме ожидания.Соедините импульсный лазер и осциллятор с кабелем BNC. Включите осциллятор и вввейте 100 герц импульсной волны импульсного лазера. Впоследствии подключите фотодиод к осциллоскопу с кабелем BNC для запуска приобретения.Затем включите фотодиод. Затем на надеть защитные очки. Облучение импульсного лазера и поместите диафрагму микроволновой волны направляющий выступ на оптический путь лазерного света в направлении перпендикулярно свету.Установите половину зеркала на оптический путь импульсного лазера и отражайте импульсный лазер к фотодиоду. После этого включите осциллоскоп и установите триггерный порог на напряжении, достаточном для обнаружения сигнала от фотодиода. Затем проверьте частоту триггера с помощью осциллоскопа и настройте его в случае необходимости.Впоследствии установите лазерный режим в режим ожидания. Подключите schottky барьер диод в микроволновой волне руководство для отраженного обнаружения микроволновой печи и сигнал входной канал осциллоскопа с кабелем BNC. Далее применить 9,5 вольт операционного напряжения для пушки диод.Поместите кварцевую ячейку на подночту перед диафрагмой как можно ближе и зафиксйте лентой. Чтобы измерить срок службы носителя, включите колебания лазерного света и отключьте свет к образцу. Поместите полуволновую пластину, поляризатор и счетчик мощности на оптический путь.Урожденный импульсный лазер до счетчика мощности. Проверьте интенсивность возбуждения лазера. Затем отрегулируйте угол полуволн для контроля интенсивности возбуждения.После этого снимите счетчик мощности с оптического пути. Отрегулируйте шкалу времени и напряжения осциллоскопа так, чтобы пиковый сигнал отображали на осциллоскопе. Впоследствии отрегулируйте амплитуду и фазу микроволновой печи с помощью Тюнера E-H.Проверьте осциллоскоп и ищите Тюнер E-H, где пиковый сигнал находится на максимуме. Неудачная регулировка тюнера E-H приводит к потерянию сигнала. Этот шаг следует выполнять наиболее тщательно.Теперь скомпрометированные перенастройки дают записи тюнера и неправильное измерение. Сбой настройки не может быть подтвержден в процессах передачи данных. Отрегулируйте шкалу времени осциллоскопа и нарисуйте кривую распада в области измерения на осциллоскопе.Средний сигнал для произвольного количества раз, чтобы улучшить соотношение сигнала к шуму. Затем сохраните данные измерений в виде электронного файла на диске памяти. Чтобы обработать данные, импортируйте данные сигнала на персональный компьютер и навеяйте кривые распада, полученные в результате эксперимента, как функцию времени.Рассчитайте среднее значение уровня фонового шума, вычесть его из сигнала распада и вычислить его как функцию времени. Найдите пиковое значение сигнала распада, а затем разделите сигнал распада на пиковое значение. На этом участке показаны кривые распада микро-PCD кремниевого карбида n-типа 4H в воздухе и в акальных растворах.Возбудительный свет 266 нанометров был облучен кремниевой фазой карбида кремния 4H в акальных растворах. Время константы кривых распада было длиннее с образцом погружен в кислые aqueous разрешения, подразумевая что кислые разрешения passivated поверхностные положения на фазе кремния и уменьшенной рекомбинации поверхности сверхнормальных несущих. Пожалуйста, имейте в виду, эти текущие свойства звуконепроницаемы.При измерении высокопроводимости звуконепроницаемые, сильные стороны сигнала будут небольшими. В таких случаях бифуркация сигнала будет реградироваться. Измерение высокой температуры может быть выполнено путем дуть hotware пока отжимать образец на горячей плите.Благодаря измерению высокой температуры, мы спекулируем свойствами различных 15 сроков службы носителя. Этот метод был запатентован в традиционной полупроводниковой промышленности. С помощью этого метода, мы можем охарактеризовать 40 ohms же проводящих материалов и их поверхностные свойства дополняют друг друга.Импульсные лучи опасны. Обязательно используйте защитные очки и не носите часы, чтобы предотвратить отражение света.

Research

JoVE Journal

Engineering

Microwave Photonics Systems Based on Whispering-gallery-mode Resonators

СВЧ-фотоника систем на основе шепчущей галереи режима резонаторы

Microwave photonics systems rely fundamentally on the interaction between microwave and optical signals. These systems are extremely promising for various ...

Measurement of Coherence Decay in GaMnAs Using Femtosecond Four-wave Mixing

The application of femtosecond four-wave mixing to the study of fundamental properties of diluted magnetic semiconductors ((s,p)-d hybridization, ...

Using Microwave and Macroscopic Samples of Dielectric Solids to Study the Photonic Properties of Disordered Photonic Bandgap Materials

Использование Микроволновая печь и макроскопических образцов диэлектрических твердых тел для изучения фотонных свойства неупорядоченных фотонных запрещенной зоны материалов

Recently, disordered photonic materials have been suggested as an alternative to periodic crystals for the formation of a complete photonic bandgap (PBG). ...

Ambient Method for the Production of an Ionically Gated Carbon Nanotube Common Cathode in Tandem Organic Solar Cells

Окружающая Метод производства ионно воротами углеродных нанотрубок общим катодом в тандеме органических солнечных элементов

A method of fabricating organic photovoltaic (OPV) tandems that requires no vacuum processing is presented. These devices are comprised of two ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

Селективный Площадь Модификация поверхности кремния смачиваемости импульсным УФ лазерного облучения в жидкой среде

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

How to Ignite an Atmospheric Pressure Microwave Plasma Torch without Any Additional Igniters

Как Зажечь атмосферном давлении микроволновой плазменной горелки без каких-либо дополнительных воспламенителей

This movie shows how an atmospheric pressure plasma torch can be ignited by microwave power with no additional igniters. After ignition of the plasma, a ...

Speciation and Bioavailability Measurements of Environmental Plutonium Using Diffusion in Thin Films

Видообразования и биодоступности Измерения окружающей среды плутонием диффузия в тонких пленках

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can ...

Quantification of Hydrogen Concentrations in Surface and Interface Layers and Bulk Materials through Depth Profiling with Nuclear Reaction Analysis

Количественное водорода концентрации в поверхностных и интерфейсных слоев и сыпучих материалов через профилирование по глубине с анализом ядерной реакции

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and ...

Automation of Mode Locking in a Nonlinear Polarization Rotation Fiber Laser through Output Polarization Measurements

Автоматизация режима блокировки в нелинейной поляризации Вращение волоконного лазера через выход поляризационных измерений

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a ...

Recombination Dynamics in Thin-film Photovoltaic Materials via Time-resolved Microwave Conductivity

Рекомбинация Динамика в тонкопленочных фотоэлектрических материалов с помощью времяразрешенные СВЧ проводимости

A method for investigating recombination dynamics of photo-induced charge carriers in thin film semiconductors, specifically in photovoltaic materials ...