[發(fā)明專利]一種獲取半導(dǎo)體材料輻射后載流子濃度重分布的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710494923.0
• 申請(qǐng)日: 2017-06-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107490753A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃文超;黃一凡;楊生勝;秦曉剛;王俊;郭睿;張劍鋒;馮展祖;田海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘭州空間技術(shù)物理研究所
• 主分類號(hào): G01R31/26
• 分類號(hào): G01R31/26
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心11120
• 代理人: 溫子云,仇蕾安

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電功能材料特征參數(shù)的檢測(cè)，具體涉及一種獲取半導(dǎo) 體材料輻射后載流子濃度重分布的方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體中的遷移電子或空穴，即載流子，是現(xiàn)代(光)電子器件的功能載 體。在光電器件中，載流子在不同能態(tài)間的躍遷，對(duì)應(yīng)了光子的吸收和發(fā)射， 從而實(shí)現(xiàn)光能和電能之間的轉(zhuǎn)換。而航天器、衛(wèi)星以及載荷等核心功能區(qū)域廣 泛采用半導(dǎo)體材料和器件，鑒于此，半導(dǎo)體功能結(jié)構(gòu)中載流子的濃度及其微觀 分布布局特征是決定器件性能的基本信息，當(dāng)半導(dǎo)體材料受到輻射影響時(shí)，其 核心功能區(qū)域的載流子濃度會(huì)發(fā)生變化和重分布，在半導(dǎo)體量子功能結(jié)構(gòu)中尤 其如此，不管是對(duì)量子阱光電探測(cè)器還是量子級(jí)聯(lián)激光器，其核心結(jié)構(gòu)-量子阱 中的載流子布居密度對(duì)器件的漏電特性和光電(或電光)轉(zhuǎn)換效率都有直接的 影響。

因此有必要獲取半導(dǎo)體材料輻射后載流子濃度重分布結(jié)果。半導(dǎo)體光電器 件中特征功能區(qū)域的寬度常在十納米以下，從分辨率的限制上就排除了霍爾檢 測(cè)方法。而且很多應(yīng)用于微小衛(wèi)星的新型小體積、低功耗、高效率的半導(dǎo)體器 件和材料，例如量子點(diǎn)激光器、量子阱激光器以及量子級(jí)聯(lián)激光器等，對(duì)其輻 射后載流子重分布的檢測(cè)只能進(jìn)行非破壞性檢測(cè)，原因是其載流子分布受其物 理形貌變化的影響非常敏感，故電化學(xué)C-V方法(ECV)和二次離子質(zhì)譜方法 (SIMS)等破壞性的檢測(cè)方法不再有效。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種獲取半導(dǎo)體材料輻射后載流子濃度重分布的 方法，能夠以非破壞性的方式，使得載流子濃度重分布結(jié)果的測(cè)量。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明具體方法如下：

一種獲取半導(dǎo)體材料輻射后載流子濃度重分布的方法，包括如下步驟：

步驟一、首先非破壞性的測(cè)量半導(dǎo)體橫截面的局域電導(dǎo)分布；

步驟二、基于程序語(yǔ)言建立半導(dǎo)體材料掃描分布電導(dǎo)測(cè)量過(guò)程的模型；

步驟三、利用模型計(jì)算獲得半導(dǎo)體材料的肖特基電流分布曲線α；

步驟四、通過(guò)不斷調(diào)整模型中的電導(dǎo)分布參數(shù)，使得肖特基電流分布曲線α 對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)分布曲線與實(shí)際測(cè)量電導(dǎo)分布曲線β之間相對(duì)誤差極小；

步驟五、依據(jù)步驟三確定的最終肖特基電流分布曲線α，推導(dǎo)出各數(shù)據(jù)點(diǎn)的 載流子濃度數(shù)值，進(jìn)而獲取了半導(dǎo)體材料中載流子濃度的分布。

優(yōu)選地，所述非破壞性的測(cè)量半導(dǎo)體橫截面的局域電導(dǎo)分布為：采用多模 式掃描探針顯微鏡的分布電阻檢測(cè)模式進(jìn)行測(cè)量。

優(yōu)選地，半導(dǎo)體材料掃描分布電導(dǎo)測(cè)量過(guò)程的模型基于導(dǎo)電探針與半導(dǎo)體 材料表面之間的肖特基型接觸而構(gòu)建；肖特基電流密度為熱電子發(fā)射電流輸運(yùn) 機(jī)制，并且包含與半導(dǎo)體材料中載流子濃度相關(guān)的等效勢(shì)壘修正效應(yīng)。

優(yōu)選地，模型中設(shè)置的測(cè)量偏壓略小于實(shí)驗(yàn)測(cè)量值。

優(yōu)選地，肖特基接觸電流密度的計(jì)算基于熱電子發(fā)射機(jī)制，并計(jì)入鏡像力、 熱輔助隧穿效應(yīng)引起的等效肖特基勢(shì)壘降低，即：

其中，J_TE為肖特基接觸電流密度，φB_n0是測(cè)量導(dǎo)電針尖與半導(dǎo)體材料形成 的肖特基勢(shì)壘高度，ΔΦ_IMF是鏡像力效應(yīng)引起的等效肖特基勢(shì)壘降低量，ΔΦ_TFE是熱輔助隧穿效應(yīng)引起的等效肖特基勢(shì)壘降低量，A*是有效理查德森常數(shù)，T 是測(cè)量溫度，q是單位電荷量，k是玻耳茲曼常數(shù)，V_F是測(cè)量所施加的正向偏壓；

鏡像力效應(yīng)引起的肖特基勢(shì)壘高度等效降低量ΔΦ_IMF為：

其中ε_s半導(dǎo)體材料的相對(duì)介電常數(shù)，N是半導(dǎo)體中的載流子濃度，φ_n是半 導(dǎo)體材料導(dǎo)帶底與費(fèi)密能級(jí)之間的能級(jí)差；

熱輔助隧穿效應(yīng)引起的肖特基勢(shì)壘高度等效降低量ΔΦ_TFE為：

其中

m^*是半導(dǎo)體材料的導(dǎo)帶電子有效質(zhì)量，h是普朗克常數(shù)。

優(yōu)選地，所述步驟三為：

導(dǎo)電探針在垂直掃過(guò)半導(dǎo)體測(cè)量表面時(shí)，設(shè)探針與半導(dǎo)體的接觸半徑為R， 電流數(shù)據(jù)點(diǎn)寬為d，而局域電導(dǎo)的半峰寬為2k，則三者的解析關(guān)系為：

求解即可確定出探針與每個(gè)電流數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最大有效接觸面積S；