Noncontact laser control of electric-physical parameters of semiconductor layers

A. B. Fedortsov; A. S. Ivanov

doi:10.25515/pmi.2018.3.299

Vol 231

Pages:

299

Download volume:

RUS ENG

Metallurgy and concentration

Noncontact laser control of electric-physical parameters of semiconductor layers

Authors:

A. B. Fedortsov¹

A. S. Ivanov²

About authors

1 — Saint-Petersburg Mining University
2 — Saint-Petersburg Mining University

Date submitted:

2018-01-02

Date accepted:

2018-03-08

Date published:

2018-06-25

Abstract

Non-contact non-destructive laser-interferometric methods for measuring several electrophysical parameters of semiconductor and dielectric layers are proposed. They are the lifetime of charge carriers for electrons and holes separately; parameters of recombination centers, namely their concentration and capture cross-sections; bulk volume lifetime and rate of surface recombination, as well as the diffusion length of charge carriers. The methods are based on the interference-absorption interaction in a semiconductor of two laser radiations with different wavelengths. Short-wave injection radiation generates additional charge carriers in the material, which leads to a change in its optical constants at the wavelength of the other – long-wavelength probing laser radiation – and to modulation of this radiation as it passes through the sample of the studied material. The means for implementing the proposed methods and methods for processing the modulation signal for determining the parameters of the investigated samples are developed. The methods have been successfully tested on samples of such materials as germanium, silicon, indium antimonide and cadmium-mercury-tellurium alloy. It is shown that the methods can be used both in scientific research and electronic industry.

10.25515/pmi.2018.3.299

References

Александров С.Е. Технология полупроводниковых материалов / С.Е.Александров, Ф.Ф.Греков. СПб: Лань, 2012. 240 с.
Беляев А.Е. Физические методы диагностики в микро- и наноэлектронике / А.Е.Беляев, Р.В.Конакова, Е.Ф.Венгер. Харьков: ИСМА, 2011. 384 c.
Бесконтактный лазерный интерференционный метод неразрушающего исследования рекомбинационных характеристик электронов и дырок в полупроводниках / А.Г.Арешкин, Л.Е.Воробьев, А.С.Иванов, К.Ф.Комаровских, Д.Г.Летенко, А.Б.Федорцов, Ю.В.Чуркин // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 1992. Т. 56. № 12. С. 121-129.
Богатыренко В.В. Измерение скорости поверхностной рекомбинации и объемного времени жизни в пластинах Si по кинетике избыточного теплового излучения / В.В.Богатыренко, А.В.Зиновчук // Физика и техника полупроводников. 2011. Т. 45. № 1. С. 62-66.
Груздов В.В. Контроль новых технологий в СВЧ-электронике / В.В.Груздов, Ю.В.Колковский, Ю.А.Концевой. М.: Техносфера, 2016. 328 с.
Контроль объемного времени жизни и скорости поверхностной рекомбинации носителей заряда в полупроводниках методом инфракрасного лазерного зондирования / В.Б.Воронков, А.С.Иванов, К.Ф.Комаровских, Д.Г.Летенко, А.Б.Федорцов, Ю.В.Чуркин // Журнал технической физики. 1991. Т. 61. № 2. С. 104-108.
Крутецкий И.В. Оптическое усиление в системе лазер-фотопроводник / И.В.Крутецкий, А.Б.Федорцов // Письма в журнал технической физики. 1977. Т. 3. № 1. С. 3-6.
Мадьяров В.Р. Измерение параметров электронного переноса в полупроводниках с помощью эффекта Фарадея в миллиметровом диапазоне // Труды БГТУ. Физико-математические науки и информатика. 2016. № 6 (188). С. 101-105.
Манухов В.В. Лазерно-интерференционный метод определения длины диффузии носителей заряда в полупроводниках / В.В.Манухов, А.С.Иванов, А.Б.Федорцов // Физика и техника полупроводников. 2015. Т. 49. № 9. С. 1153-1159.
Мосс Т. Полупроводниковая оптоэлектроника: Пер. с англ. / Т.Мосс, Г.Баррелл, Б.Элис. М.: Мир, 1977. 366 с.
Сахаров Б.А. Металлургия и технология полупороводниковых материалов. М.: Метллургия, 1972. 544 с.
Сорокин В.С. Материалы и элементы электронной техники / В.С.Сорокин, Б.Л.Антипов, Н.П.Лазарева. СПб: Лань, 2015. 408 с.
Смирнов В.И. Неразрушающие методы контроля параметров полупроводниковых материалов и структур. Ульяновск: Изд-во Ул. ГТУ, 2012. 75 с.
Федорцов А.Б. Раздельное определение времен жизни неравновесных электронов и дырок в полупроводниках интерференционным методом / А.Б.Федорцов, Ю.В.Чуркин // Письма в журнал технической физики. 1988. Т. 14. № 4. С. 321-324.
Штурбин А.В. Определение диффузионно-рекомбинационных параметров полупроводников бесконтактным методом / А.В.Штурбин, В.А.Шалыгин, В.И.Стафеев // Физика и техника полупроводников. 1995. Т. 29. № 11. С. 2930-2052.
Экспериментальное обнаружение абсорбционно-интерференционного взаимодействия света в полупроводнике / Ю.В.Выжигин, К.Ф.Комаровских, А.Б.Федорцов, Ю.В.Чуркин // Физика и техника полупроводников. 1985. Т. 2. № 9. С. 17-47.
Antishin V.S. Local testing the hole concentration composition in plates of Cd-Hg-Te / V.S.Antishin, V.A.Shalygin, A.V.Shturbin // Defektoscopiya. 2005. № 3. P. 11-16.
A fast operating laser devise for measuring thicknesses of liquid and solid films / A.B.Fedortsov, D.G.Letenko, Ju.V.Churkin, I.A.Torchinsky, A.S.Ivanov // Review of scientific instruments. 1992. Vol. 63. № 7. P. 3579-3582.
Bulk lifetime and surface recombination measurements on high parity silicon by a laser modulation technique / A.B.Fedortsov, D.G.Letenko, Yu.V.Churkin, L.M.Tsentsiper, I.Vedde // Proceedings of electrochemical Society. 1996. Vol. 96. № 13. P. 481-489.
Contactless local determination of recombination center parameters in Cd Hg Те by infrared laser interferometry / A.B.Fedortsov, D.G.Letenko, A.Yu.Polyakov, V.I.Stafeev, L.E.Vorobjev // Semiconductor Science and Technology. 1994. Vol. 9. № 1. P. 69-76.
Chan D.S.H. A direct method for extraction of diffusion length and surface recombination velocity from an EBIC line scan: planar junction configuration / D.S.H.Chan, V.K.S.Ong, J.C.H.Phang // IEEE transactions on electron devices. 1982. Vol. 42. № 5. P. 185-187.
Excess carrier lifetime measurements in indium antimonite using a con-tactless laser technique / A.B.Fedortsov, D.G.Letenko, Yu.V.Churkin, V.N.Sawateev // Journal of Material Science: Materials in Electronics. 1993. Vol. 4. № 3. P. 203-207.
Gaury B. Probing surface recombination velocity in semiconductors using two-photon microscopy. / B.Gaury, P.Haney // Journal of applied physics. 2016. Vol. 119. P. 105-125.
High frequency method to determine SiC crystal conductivity / A.V.Shturbin, I.E.Titkov, V.Yu.Panarin, R.F.Witman // Materials science in semiconductor processing. 2001. Vol. 4. № 1-3. P. 205-207.
Imaging method for laterally resolved measurement of minority carrier densities and lifetimes / J.Izenberg, S.Riepe, S.W.Glunz, W.Warta // Journal of applied physics. 2003. Vol. 93. № 4. P. 4268-4275.
Kelly-Zion P. Application of laser interferometry for transient film thickness measurements / P.Kelly-Zion, W.Collins, D.Glawe // Proceedings of the ASME heat transfer fluids Engineering conference. 2010. P. 104-107.
Linnros J. A new technique for depth resolved carrier recombination measurements applied to proton irradiated transistors / J.Linnros, P.Norlin, A.Hallen // IEEE transactions on electron devices. 1993. Vol. 40. № 11. P. 2065-2073.
Nosoko T. Improved interferometer for measuring unsteady film thickness / Т. Nosoko, J.H. Mori, T. Nagata // Review of scientific instruments. 1996. Vol. 67. № 8. P. 2685-2690.
Polla D.L. Determination of carrier lifetime in silicon by optical modulation // IEEE transactions on electron devices letters. 1983. EDL-4. P. 185-187.
Schuze H.J. Carrier lifetime analysis by photo conductance decay and free carrier absorption measurements / H.J.Schuze, A.Frohnmeyer, F.J.Niedernostheide // Journal of electrochemical society. 2001. Vol. 148. № 11. P. G655-G661.
Schroder D.K. Semiconductor material and device characterization. NY. Willey-Inter-science IEEE, 2006. 781 р.

Noncontact laser control of electric-physical parameters of semiconductor layers

Abstract

References

Similar articles