Способ определения концентрации свободных носителей заряда в кремнии

01 21/35 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ СВОБОДНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В КРЕМНИИ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Способ определения концентрации свободных носителей заряда в кремнии, при котором облучают образец ИК-излучением из диапазона длин волн больших края собственного поглощения и меньших края решеточного поглощения и определяют концентрацию свободных носителей заряда по изменению оптических свойств кремния, отличающийся тем, что образец облучают двумя пучками излучения с длинами волн вне полосы поглощения междоузельного кислорода с максимумом, равным 5,81 мкм, измеряют отношение коэффициентов пропускания двух пучков излучения, а концентрацию свободных носителей заряда Р определяют по формуле Р где А 2,2910-18 - для кремния р-типа А 1,7110-18 - для кремния -типа- толщина образца см 1 - длина волны излучения одного пучка, мкм 2 - длина волны излучения другого пучка, мкм Т 1 - коэффициент пропускания излучения с 1 Т 2 - коэффициент пропускания излучения с 2.(56) 1. Батавин В.В. и др. Измерение параметров полупроводниковых материалов и структур. -М., 1985. - С. 264. 2. Вестник МГУ, физ.астраном, 1982, 23,2, С. 25-28. 3. Павлов Л.П. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов. - М., 1987. - С. 214-216 Изобретение относится к области электронной техники, в частности к методам контроля параметров полупроводниковых материалов, и может быть использовано для измерения концентрации свободных носителей заряда в кремнии. Известны способы, предназначенные для определения концентрации свободных носителей заряда в полупроводниковых материалах, которые используют эффект Холла, зондовые измерения электропроводности и оптические методы 1,2. Однако эти способы требуют для своего осуществления наличия электрических контактов, специальной обработки поверхности и формы используемых объектов и, таким образом, относятся к разрушающим методам контроля. Наиболее близким техническим решением является способ определения концентрации носителей заряда по поглощению, основанный на экспериментальной зависимости коэффициента поглощения от концентрации 3. Однако известный способ является разрушающим, так как для своей реализации требует определения коэффициентов отражения и пропускания, что связано с изготовлением образцов специальной формы и оптической обработки облучаемых поверхностей. Кроме того, способ 3 применяется, главным образом, для измерения сильно легированных (больших 1018 см-3) полупроводников. Задача определения концентрации свободных носителей заряда в кремнии неразрушающим способом в предлагаемом изобретении решается путем облучения объекта двумя пучками ИК-излучения вне полосы поглощения с максимумом, равным 5,81 мкм, из диапазона длин волн, больших края собственного поглощения кремния и меньших края решеточного поглощения, измерения отношения коэффициентов пропускания в области длин волн облучения, из которого искомую величину определяют на основе обнаруженной новой взаимосвязи между измеряемыми величинами, что соответствует критериям новизна и существенные отличия. На фиг.1 изображены зависимости коэффициентов фонового поглощения, нормированного на концентрацию носителей заряда, в кремнии р-типа (1) с удельным сопротивлением р 0,3 и 12 Ом.см и -типа (р 1 и 4,4 Ом.см) (2) от длины волны. На фиг.2 изображены профили распределения концентрации свободных носителей заряда вдоль оси роста слитков кремния типа КДБ-12 диаметром 100 (1) и 150 (2) мм. Для реализации неразрушающего метода определения концентрации свободных носителей заряда в предлагаемом способе измеряют отношение коэффициентов пропускания Т 1/Т 2 двух пучков ИК-излучения из диапазона длин волн излучения 1 и 2 соответственно. Однако для определения искомой величины необходимо знать зависимость коэффициента н от длины волны. Для описания зависимостей н обычно используют классическую модель Друде, где н 2, или квантово-механическую модель рассеяния фотонов отдельно на акустических и оптических фононах, что приводит к н 1,5. В процессе экспериментальных исследований фонового поглощения на спектрофотометре с автоматической компенсацией решеточного поглощения было обнаружено, что для коэффициента фонового поглощения в кремнии (фиг.1) в диапазоне длин волн 212 мкм справедливо следующее выражение(1) нА р 1,68,где р - концентрация свободных носителей заряда А 2,29.10-18 и 1,71.10-18 для кремния р- и -типа соответственно. Теоретический анализ зависимости (1) на основе квантово-механической модели рассеяния фотонов показал, что необходимо учитывать совместное действие обоих механизмов рассеяния на оптических и акустических фононах, а отношение констант их деформационных потенциалов равно 2,5 . Развитая модель, результаты расчета по которой приведены на фиг.1 сплошными линиями, описывает экспериментальные зависимости н в широком диапазоне длин волн. Причем при 12 мкм, когда выполняется классический переход, она совпадает с моделью Друде. С учетом полученных результатов определение концентрации свободных носителей заряда в кремнии неразрушающим способом осуществляют следующим образом. Облучают объект двумя пучками ИКизлучения с длинами волн 1 и 2 из диапазона вне полосы поглощения междоузельного кислорода, измеряют отношения коэффициентов пропускания пучков Т 1/Т 2, а искомую концентрацию свободных носителей заряда в соответствии с (1) определяют из выражения где -толщина образца. В качестве примера реализации поставленной задачи с помощью предлагаемого неразрушающего способа проведены измерения профилей распределения концентраций свободных носителей заряда вдоль оси роста промышленных слаболегированных (1018 см-3) слитков кремния типа КДБ-12 диаметром 100 и 150 мм,выращенных методом Чохральского и не подвергавшимся никакой дополнительной обработке. Слитки помещались в устройство, позволяющее облучать их боковую поверхность пучками ИК-излучения и перемещать в направлении, перпендикулярном оптической оси установки. Регистрация параметров излучения осуществлялась с помощью пироэлектрического фотоприемника и устройства выборки-хранения, что позволяло определить отношение величин Т 1/Т 2 и, тем самым, в соответствии с выражением (2) концентрацию свободных носителей заряда. Распределение концентрации носителей заряда вдоль оси роста кристаллов кремния находилось путем перемещения слитка. Использование предлагаемого способа определения концентрации свободных носителей заряда в кремнии обеспечивает возможность неразрушающего контроля и упрощения, так как при его реализации устраняется необходимость электрических контактов, специальной формы объектов и оптической обработки поверхности. Преимущества способа согласно изобретению могут быть реализованы, например, при контроле процессов выращивания кремния. оставитель Н.Б. Суханова Редактор Т.А. Лущаковская Корректоры А.М. Бычко, С.А. Тикач Заказ 2056 Тираж 20 экз. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.