Неразрушающий метод измерения глубины залегания p-n-перехода полупроводниковых фотоэлектрических структур

В работе описаны результаты разработки нового неразрушающего метода измерения глубины залегания р-n-перехода в структурах, предназначенных для изготовления фотоэлектрических приборов. Предложенный метод позволяет использовать более простые технические средства, по сравнению с традиционными метода...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автори:	Алиев, Р., Мухтаров, Э., Олимов, Л.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2010
Назва видання:	Физическая инженерия поверхности
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98867
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Неразрушающий метод измерения глубины залегания p-n-перехода полупроводниковых фотоэлектрических структур / Р. Алиев, Э. Мухтаров, Л. Олимов // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 2. — С. 169–172. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-98867
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-988672016-04-19T03:02:26Z Неразрушающий метод измерения глубины залегания p-n-перехода полупроводниковых фотоэлектрических структур Алиев, Р. Мухтаров, Э. Олимов, Л. В работе описаны результаты разработки нового неразрушающего метода измерения глубины залегания р-n-перехода в структурах, предназначенных для изготовления фотоэлектрических приборов. Предложенный метод позволяет использовать более простые технические средства, по сравнению с традиционными методами, исключает громоздкие математические вычисления, сокращает длительность и упрощает процесс измерения. У роботі описані результати розробки нового неруйнівного методу виміру глибини залягання р-n-переходу в структурах, призначених для виготовлення фотоелектричних приладів. Запропонований метод дозволяє використовувати більш прості технічні засоби, у порівнянні із традиційними методами, виключає громіздкі математичні обчислення, скорочує тривалість і спрощує процес виміру. This paper describes the results of a new nondestructive method for measuring the depth of the p-njunction in the structures for the manufacture of photovoltaic devices. The proposed method allows the use of simple technical means, as compared with traditional methods, eliminates the cumbersome mathematical calculations, shortens and simplifies the process of measurement. 2010 Article Неразрушающий метод измерения глубины залегания p-n-перехода полупроводниковых фотоэлектрических структур / Р. Алиев, Э. Мухтаров, Л. Олимов // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 2. — С. 169–172. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1999-8074 PACS: 42.70.Nq, 61.82.Fk, 78.40.Fy, 78.55.Ap, 68.47.Fg, 71.20.Mq, 78.40.Fy, 82.53.Mj http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98867 ru Физическая инженерия поверхности Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	В работе описаны результаты разработки нового неразрушающего метода измерения глубины залегания р-n-перехода в структурах, предназначенных для изготовления фотоэлектрических приборов. Предложенный метод позволяет использовать более простые технические средства, по сравнению с традиционными методами, исключает громоздкие математические вычисления, сокращает длительность и упрощает процесс измерения.
format	Article
author	Алиев, Р. Мухтаров, Э. Олимов, Л.
spellingShingle	Алиев, Р. Мухтаров, Э. Олимов, Л. Неразрушающий метод измерения глубины залегания p-n-перехода полупроводниковых фотоэлектрических структур Физическая инженерия поверхности
author_facet	Алиев, Р. Мухтаров, Э. Олимов, Л.
author_sort	Алиев, Р.
title	Неразрушающий метод измерения глубины залегания p-n-перехода полупроводниковых фотоэлектрических структур
title_short	Неразрушающий метод измерения глубины залегания p-n-перехода полупроводниковых фотоэлектрических структур
title_full	Неразрушающий метод измерения глубины залегания p-n-перехода полупроводниковых фотоэлектрических структур
title_fullStr	Неразрушающий метод измерения глубины залегания p-n-перехода полупроводниковых фотоэлектрических структур
title_full_unstemmed	Неразрушающий метод измерения глубины залегания p-n-перехода полупроводниковых фотоэлектрических структур
title_sort	неразрушающий метод измерения глубины залегания p-n-перехода полупроводниковых фотоэлектрических структур
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate	2010
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98867
citation_txt	Неразрушающий метод измерения глубины залегания p-n-перехода полупроводниковых фотоэлектрических структур / Р. Алиев, Э. Мухтаров, Л. Олимов // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 2. — С. 169–172. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
series	Физическая инженерия поверхности
work_keys_str_mv	AT alievr nerazrušaûŝijmetodizmereniâglubinyzaleganiâpnperehodapoluprovodnikovyhfotoélektričeskihstruktur AT muhtarové nerazrušaûŝijmetodizmereniâglubinyzaleganiâpnperehodapoluprovodnikovyhfotoélektričeskihstruktur AT olimovl nerazrušaûŝijmetodizmereniâglubinyzaleganiâpnperehodapoluprovodnikovyhfotoélektričeskihstruktur
first_indexed	2025-07-07T07:10:57Z
last_indexed	2025-07-07T07:10:57Z
_version_	1836971204382031872
fulltext	169 Совершенствование технологии произ- водства полупроводниковых материалов и приборов связано с необходимостью повы- шения точности и экспрессности лаборатор- ного и промышленного контроля их электро- физических параметров. От качественных ха- рактеристик измерительной техники зависит уровень технологических потерь на различ- ных этапах производства. В этой связи разра- ботка новых прогрессивных, неразрушаю- щих методов контроля непосредственно свя- зана с проблемой повышения эффективности производства изделий и материалов микро- электроники. В данной работе описаны результаты раз- работки нового неразрушающего метода из- мерения глубины залегания р-n-перехода в структурах, предназначенных для изготов- ления фотоэлектрических приборов. Известны неразрушающие методы изме- рения толщины эпитаксиальных слоев или глубины р-n-перехода [1, 2], основанные на интерференции инфракрасного излучения и эллипсометрии. Практическое применение этих высокоточных методов, к сожалению, ограничено относительно узким диапазоном измеряемых толщин и необходимостью ис- пользования дорогостоящего и сложного из- мерительного оборудования. В связи с этим основной целью выполненной работы явля- лось упрощение методики неразрушающего измерения глубины залегания р-n-перехода, с одновременным расширением диапазона измеряемых толщин. В основу разработки был положен прин- цип изменения фото Э.Д.С., созданный опо- рным видимым излучением, при одновремен- ном воздействии на р-n-структуру импульс- PACS: 42.70.Nq, 61.82.Fk, 78.40.Fy, 78.55.Ap, 68.47.Fg, 71.20.Mq, 78.40.Fy, 82.53.Mj НЕРАЗРУШАЮЩИЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ p-n-ПЕРЕХОДА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТРУКТУР Р. Алиев, Э. Мухтаров, Л. Олимов Андижанский Государственный университет им. З.М. Бабура Узбекистан Поступила в редакцию 30.04.2010 В работе описаны результаты разработки нового неразрушающего метода измерения глубины залегания р-n-перехода в структурах, предназначенных для изготовления фотоэлектрических приборов. Предложенный метод позволяет использовать более простые технические средства, по сравнению с традиционными методами, исключает громоздкие математические вычисления, сокращает длительность и упрощает процесс измерения. Ключевые слова: полупроводниковые материалы, глубины р-n-перехода импульсного инфра- красного излучения, импульсных поток, фото Э.Д.С., поверхность полупроводника, темпера- турный коэффициент. У роботі описані результати розробки нового неруйнівного методу виміру глибини залягання р-n-переходу в структурах, призначених для виготовлення фотоелектричних приладів. Запро- понований метод дозволяє використовувати більш прості технічні засоби, у порівнянні із тра- диційними методами, виключає громіздкі математичні обчислення, скорочує тривалість і спро- щує процес виміру. Ключові слова: напівпровідникові матеріали, глибини р-n-переходу імпульсного інфра- червоного випромінювання, імпульсний потік, фото Э.Д.С., поверхня напівпровідника, тем- пературний коефіцієнт. This paper describes the results of a new nondestructive method for measuring the depth of the p-n- junction in the structures for the manufacture of photovoltaic devices. The proposed method allows the use of simple technical means, as compared with traditional methods, eliminates the cumbersome mathematical calculations, shortens and simplifies the process of measurement. Keywords: semiconductor materials, the depth of p-n-junction pulsed infrared radiation, pulse flow, photo electric driving force, the semiconductor surface, the temperature coefficient.  Р. Алиев, Э. Мухтаров, Л. Олимов, 2010 ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 2, vol. 8, No. 2170 ного инфракрасного (ИК) излучения с плавно изменяющейся частотой следования. Блок- схема экспериментального прибора приве- дена на рис. 1. Прибор содержит источник ИК-излучения – 1 (СО2 – лазер), модулятор – 2, источник видимого излучения – 3, а также осциллограф – 4 и регистратор – 5, которые подключены к исследуемому образцу – 6. В качестве объекта исследования были использованы эпитаксиальные структуры, со- держащие слои n-типа проводимости с тол- щиной в диапазоне 2 ÷ 10 мкм, выращенные на подложках типа КДБ-10, а также струк- туры n+-р-типа, полученные термической диффузией или ионной имплантацией фосфора также на подложках КДБ-10. Контрольные измерения толщины n+-cлоя или глубины р-n-перехода (хp-n) исследуемых структур осуществлялось методом шарового шлифа с диаметром шлифовальника 60 мм и 150 мм, результаты которых приведены в табл. 1. Измерение глубины р-n-перехода разра- ботанным методом осуществляется следую- щим образом. Фронтальная поверхность ис- следуемого образца, где на глубине хp-n рас- положен р-n-переход, освещается опорным излучением видимого диапазона и фиксиру- ется соответствующее ему исходное значение фото Э.Д.С. UO. Отметим, что минимальное абсолютное значение UO ограничивается только пороговой чувствительностью испо- льзуемых измерительных приборов. При по- мощи специального модулятора на поверх- ность исследуемого образца направляется ИК-излучение в виде импульсных потоков с частотой f, плавно возрастающей в диапазо- не 1 ÷ 1000 Гц, но с постоянной длительнос- тью ∆τ. В результате периодического импуль- сного подвода тепла от облучаемой поверх- ности вглубь полупроводника, происходит периодическое изменение исходного сигнала UO, вследствие чего на экране осциллографа появляется пилообразный сигнал. При этом одновременно контролируется амплитудное значение Um и частота сигнала. Необходимо фиксировать также пороговую частоту fm, со- ответствующую значении амплитуды сигна- ла, составляющего 0,7 часть от исходного UO, т.е. Um = 0,7UO. По градуировочной кривой, приведенной на рис. 2, построенной по ре- зультатам измерения контрольных образцов, можно определить глубину залегания р-n-пе- рехода исследуемого образца. Сущность предложенного метода заклю- чается в следующем. При падении теплового потока ИК-излучения на поверхность полуп- роводника преимущественное его погло- Рис. 1. Блок-схема экспериментального прибора: 1 – источник ИК-излучения, 2 – модулятор, 3 – источ- ник света, 4 – электронный осциллограф, 5 – регистра- тор, 6 – исследуемый образец. № образ- ца Структура Метод получения р-n-структуры хp-n, мкм по дан- ным метода ша- рового шлифа 1 р+-n Эпитак. выра- щивание 6,4 ± 0,05 2 р+-n Эпитак. выра- щивание 4,3 ± 0,05 3 р+-n Эпитак. выра- щивание 2,2 ± 0,05 4 n+-р Термическая диффузия 1,7 ± 0,05 5 n+-р Термическая диффузия 1,0 ± 0,05 6 n+-р Ионное легирование 0,6 ± 0,05 Таблица 1 Некоторые данные исследуемых структур с р-n-переходом Рис. 2. Зависимость глубины p-n-перехода от порого- вой частоты следования импульсов ИК-излучения. НЕРАЗРУШАЮЩИЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ p-n-ПЕРЕХОДА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ .... 171 щение происходит в поверхностной и припо- верхностной области, вследствие чего по- верхностная область нагревается и возникает градиент температуры dT/dx по толщине образца. Тепловой поток dQ, направленный вглубь полупроводника по нормали через по- перечное сечение ∆s за промежуток времени dt можно записать виде [3]: dQ/dt = –λ(dT/dx)λ∆s, (1) где λТ – коэффициент теплопроводности ма- терила. Для решения задачи о распространении периодических температурных колебаний в однородном полупространственном теле уравнение теплопроводности (1) можно пере- писать в виде: ∂Т/∂t = a2(∂2T/∂x2), (2) где а – коэффициент температуропровод- ности материала. Решение уравнения (2), удовлетворяющее условию Т(0, t) = Tcos(2πf t), (3) может быть найдено, например, в виде ряда [3]: ( ) ( )1 22 2 1 , cos 2 nf x n n nfT x t T e x nft  ∞ − π α   =  π � �= − π � �α  � ∑ . (4) Значения коэффициентов Тn, определяют- ся граничными условиями, т.е. формой им- пульсов падающего теплового потока и их длительностью. На основании решения уравнения (4) мож- но получить следующую характеристику про- цесса распространения температурной волны в теле. При периодическом изменении темпе- ратуры на поверхности тела, устанавливается распространяющийся вглубь изменяющийся с тем же периодом тепловой поток, вызыва- ющий аналогично колеблющийся неравно- мерный нагрев тела по глубине, причем ам- плитуда колебаний температуры экспонен- циально убывает с глубиной. Т(x) = Texp[–(πf /α2)1/2x]. (5) Прологарифмировав (5), получаем: X = –ln(T(x)/T)/(πf /α2)1/2. (6) Отсюда вытекает, что чем меньше период колебания температуры, тем меньше глубина проникновения теплового потока, т.е. тело на фиксированной глубине Х нагревается мень- ше. Поэтому можно записать: Х ∼ f –1/2. (7) Кривая зависимости глубины залегания р- n-перехода в кремниевых структурах от поро- говой частоты импульсов ИК-излучения, по- строенная в двойном логарифмическом мас- штабе (рис. 2) путем обработки результатов измерения методом наименьших квадратов, представляет собой прямую линию. Наклон этой линии (хp–n/f′) = 1/2) качественно под- тверждает зависимость (7). Проведен количественное сопоставление результатов измерений глубины залегания р-n-перехода и расчета по (5) и (7). Для струк- туры, в которой по данным измерения мето- дом шарового шлифа хp–n ∼ 1 мкм, пороговая частота, определенная разработанным мето- дом, составляла f′ ∼ 20 Гц, а усредненное изменение амплитуды сигнала составляло ∆U ∼ 10 мВ. Как показывает экспериментальная оцен- ка, проведенная при помощи пироэлектри- ческого приемника, температура на поверх- ности образца, измеряемого разработанным методом, достигает 100 ÷ 120 °С. Температура на глубине залегания р-n-перехода, т.е. на рас- стоянии ∼ 1 мкм от поверхности, рассчитан- ная по (5) с учетом табличного значения ко- эффициента температуропроводности крем- ния (а ∼ 0,2825 м2/с) составляет примерно 40 ÷ 50 град. Температурный коэффициент фото Э.Д.С. кремниевых фотоэлектрических приемников, вычисленный по этим данным составляет 0,2 ÷ 0,25 мВ/град и соответствует табличным данным для кремниевых солнеч- ных элементов [4]. Сопоставительный анализ результатов из- мерения глубины залегания р-n-перехода, по- лученных данными и контрольными мето- дами, а также оценка погрешности показы- вают, что предложенный метод имеет случай- ную погрешность ±0,05 мкм при доверитель- ной вероятности ∼ 0,95. Предложенный метод измерения глубины залегания р-n-перехода позволяет использо- вать более простые технические средства, по сравнению с методами [1, 2], исключает гро- моздкие математические вычисления, сокра- щает длительность и упрощает процесс из- мерения. ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 2, vol. 8, No. 2 Р. АЛИЕВ, Э. МУХТАРОВ, Л. ОЛИМОВ ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 2, vol. 8, No. 2172 Легко реализуемое управление частотой следования импульсов ИК-излучения позво- ляет значительно расширить диапазон изме- ряемых глубин р-n-перехода в структурах для фотоприемников, солнечных элементов и других изделий микро и оптоэлектроники. Предложенный метод без особых трудностей может быть автоматизирован. ЛИТЕРАТУРА 1. Павлов Л.П. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов. – М.: Выс- шая школа, 1987. – 239 с. 2. Свиташев К.К., Хасанов Т. Исследование поверхностной анизотропии полупроводни- ковых структур методом эллипсометрии// Тезисы докладов Респ. конф. “UzPEC”, Таш- кент. – 1995. – С. 9 3. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. – М.: Наука, 1972. – 736 с. 4. Абдурахманов Б.М. и др. Взаимодействие корпускулярных потоков с поверхностью твердого тела//Фан. 1991. – С. 20-220. НЕРАЗРУШАЮЩИЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ p-n-ПЕРЕХОДА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ....

Неразрушающий метод измерения глубины залегания p-n-перехода полупроводниковых фотоэлектрических структур

Репозитарії

Схожі ресурси