Основные параметры, характеризующие полупроводниковые материалы

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

кафедра микроэлектроники

Лабораторная работа

Исследование свойств полупроводников методом вольт-фарадных характеристик

Методические указания

Пенза 2004

УДК 621. 315.416

Абрамов В.Б., Карпанин О.В., Медведев С.П., Метальников А.М, Печерская Р.М. Исследование свойств полупроводников методом вольт-фарадных характеристик.

Указания подготовлены на кафедре микроэлектроники и предназначены для студентов специальностей 200100, 220500, 230300, 190700 при изучении дисциплин “Материалы электронной техники и основы микроэлектроники”, “Твердотельная электроника”, “Радиоматериалы и радиодетали”, “Измерения и контроль в микроэлектронике” при выполнении УИРС, курсового и дипломного проектирования.

Кафедра микроэлектроники Пензенского государственного университета

Цель работы: исследование электрофизических характеристик полупроводников и структур на их основе методом вольт-фарадных характеристик, изучение преобразования измерительных и электрических моделей.

Теоретическое введение

Основные параметры, характеризующие полупроводниковые материалы

Различные физические величины, характеризующие полупроводник, можно разделить на несколько групп. К первой группе относятся величины, которые мало зависят от степени чистоты кристаллов, т.е. от присутствия примесей или иначе: от степени дефектности кристалла, если под дефектом понимать и примеси, и структурные дефекты, и вообще – любое нарушение периодического поля в кристалле. Примерами параметров, составляющих первую группу, являются ширина запрещенной зоны E_g, эффективные массы электронов и дырок и , концентрация собственных носителей заряда n_i, параметр решетки a, температура Дебая Θ и ряд других. Величины этой группы называются фундаментальными параметрами (рис. 1).

Рис. 1. Классификационная схема параметров полупроводниковых материалов

Ко второй группе величин относятся наоборот, такие, которые существенно зависят от концентрации и вида дефектов, т.е. от содержания примесей, дислокаций и вакансий. К ним в первую очередь относятся концентрации самих дефектов N_D и N_A. Затем уже зависимые от них величины: удельное сопротивление (проводимость) r(s), подвижности элетронов и дырок m_n и m_p, времена жизни неравновесных носителей заряда t_n и t_p. Эти величины называются характеристическими параметрами.

Параметры, относящиеся к этой группе, в зависимости от содержания дефектов могут изменяться в десятки миллионов раз. Поэтому вариация именно этих величин и обусловливает применение полупроводниковых материалов в самых разнообразных приборах. Эти величины могут одновременно являться технологическими параметрами, характеризующими качество материала, выпускаемого промышленностью.

Наконец, имеется и третья группа величин, знание которых необходимо для правильной разработки технологии получения полупроводниковых материалов. Эти параметры, в основном, имеют физико-химический характер. Например, пределы растворимости примесей в данном полупроводнике N_пред., коэффициенты распределения , теплоты испарения H, коэффициенты диффузии D и ряд других.