Разработка неразрушающих автоматизированных методов исследования полупроводников и полупроводниковых структур тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

г

На правах рукописи

УВАРОВ ЕВГЕНИЙ ИВАНОВИЧ

РАЗРАБОТКА НЕРАЗРУШАЮЩИХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР

01.04.10 - Физика полупроводников н диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 1997

\

Работа выполнена в Новосибирском государственном техническом университете

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент А.А. Корнилович

Официальные оппоненты:

доктор фюико-математических наук А.Ф. Кравченко доктор физико-математических наук В.А. Гайслер

Ведущее предприятие:

Сибирская государственная геодезическая академия.

Защита диссертации состоится

« -/<Р » 1997 г.

_часов на заседании диссертационного Совета К 063.34.04 по техническим щукам в Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092 пр. К. Маркса! 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат диссертации разослан

« » 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета кандидат технических наук, доцент

А.С. Берлинский ——^-.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБО ТЫ

Актуальность темы. Комплексное исследование свойств полупроводников автоматизированными неразрушаюшими методами является актуальным, позволяющим один и тот же образец использовать как для определения характеристик материала, гак и для создания полупроподмикопого прибора на его ос1юве. Введение элементов автоматизации в процесс измерении существенно ускоряет получение необходимой информации и повышает се достоверность, т.к. исключает ошибки, которые могут быть внесены оператором.

С другой стороны, неразрушшоший контроль качества выращиваемых полупроводниковых структур способст вует оптимизации технологических процессов их получения и увеличению пропета выхода готовых изделий.

При создании новых полупроводниковых приборов появляется возросшая потребность в Солее точном определении параметров исходного материала как в объемных образцах, так и в тонких слоях и переходных областях структур. Э^о связано с использованием новых материалов и созданием более сложных полупроводниковых устройств.

Возникает потребность в разработке и усовершенствовании автоматизированных иеразрушашщих методов определения параметров исходного материала и контроля качества этого материала на различных технологических этапах производства сложных полупроводниковых приборов. Это является актуальным, как с точки зрения фундаментальной пауки, так и возросших требований практики.

Исследование магнитооптических резонансов методами нелинейной огггики во многих случаях имеет большие преимущества перед традиционными методами оптики. Это особенно ощутимо при изучении магнитных резонансов, когда подстройка на резонанс осуществляется сканированием магнитного поля при фиксированных частотах источников излучения. В последние годы было показало, что в условиях резонансного комбинационного рассеяния испытывают резонанс многие кинетические параметры, такие как магнитосопротивление, фотопроводимость, фото ЭДС, пропускание, отражение и магиитопоглощение света, как в объемных образцах, так и в двумерных структурах. Это открывает новые возможности дам изучения особенностей энергетического спектра в полупроводниках. Комплексные исследования оптических и кинетических резонансов при комбинационном рассеянии позволяют прояснить некоторые принципиальные детали нелинейного взаимодействия лазерного излучения с веществом и получать информацию о параметрах электронного газа и уровнях примеси бесконтактными неразрушшощими методами.

Целью диссертационной работы является разработка автоматизированных иеразрушашщих методов исследования полупроводников.

Основные задачи:

1. Разработать неразрушающие автоматизированные методы исследования нелинейного спинового резонанса, магнитооптических резонаПсов в узкозонных

полупроводниках, измерение концентрации и профилей концентрации носителей заряда в полупроводниках.

2. Разработки и тешошпь комплекс устройств дня реализации Gee контактных методов исследования магнитооптических резонансов в полупроводниках.

3. Разработать и создать устройство для неразрушшощего автомагичирован-ного измерения профилей распределения носителей заряда и сложных полупроводниковых структурах.

4. Используя разработанные методы, исследовать влияние магнитного поля и степени легирования на g - фактор в узкозоппом полупроводнике (n-InSb).

5. Исследовать резкие профили распределения примесей в полупроводниковых структурах (на основе кремния и арссиида галлии).

Научная новизна-

1. Полученные высокая чувствительность и спектральная точность регистрации спинового нелинейного резонанса позволили обнаружить и впервые измерить анизотропию к- факгора свободных электронов в антимониде индия. . 2. Получено высокое разрешение полупроводникового анализатора спектра, принципиальной особенностью которого является усиление сигнала в процессе измерения.

3. Разработал и предложен способ бесконтактного определения концентрации носителей заряда В вырожденных полупроводниках, основанный на оптическом эффекте Шубникова-де Гааза.

4. Разработан И создан прибор "Профилометр", позволивший измерять характеристики полупроводников и сверхтонких полупроводниковых структур не-разрушающим методом при положительном напряжении на р*-п переходе.

Практическая ценность.

1. Разработанный ц созданный комплекс устройств для неразрушшошего исследования и определения параметров полупроводников внедрен в ИФП СО РАН.

2. Разработанное и созданное устройство для исследования профилей распределения легирующих примесей в сверхтонких субмикронных полупроводниковых структурах внедрено наряде предприятий в России и в странах ближнего зарубежья, (в Новосибирске, Москве, Киеве, Минске, Бишкеке). Экономический эффект от применения прибора "Профилометр" в производст ве только активных элементов типа p-i-n диодов составил 180 тыс. рублей в ценах 1984 года.

Основные положения, представляемые к защите.

5. Методы спинового нелинейного резонанса, определения фактора и изучение свойств полупроводникового анализатора спектра.

2. Магнитооптический бесконтактный метод определения концентрации носителей заряда в полупроводниках.

3. Неразрушающий метод определения концентрации и профиля распределения концапрации носителей заряда в сложных полупроводниках.ю

Днробанчя paf)(yii,i. Основные результаты работы обсуждались на научных семинарах в ИФП СО РАМ, на втором Всесоюзном семинаре по физике и химии полупроводников н г. Павлодаре, на Всесоюзной конференции " Оптический, радиоволновой н тепловой методы перачрушшощего контроля " в г. Могилеве, на XXXf научно-технической конференции НИИГАнК, на Российской научно-технической конференции в г. Новосибирске, в НИИ "Орион" {г. Киев), в НИИ "Пульсар" (г. Москва), на третьей Международной научно-технической конференции ЛГПП-96 в г. ((овосибнрске.

Публикации. Материалы диссертации изложены в 21 печатной работе.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Работа содержит 128 стр. текста, 42 рисунка н 111 наименований литературы.

СОДЕРЖА! IHR РАБОТЫ

По введении кратко обосновывается актуальность выбранной темы.

Первая глава является обзорной. Ряд вопросов обзорного характера рассматривается непосредственно в главах при обсуждении как детатей разработки и усовершенствования методов, так и при обсуждении экспериментальных результатов.

В первом параграфе рассматриваются бесконтактные Меразрушшощие методы исследования полупроводников.

Имеется несколько возможных подходов к осуществлению бесконтактных измерений параметров полупроводников. Они основаны на использовании отражения или поглощения электромагнитной волны, емкостной или индуктивной связи образца с измерительной системой.

Бесконтактные методы относятся к определению концентрации носителей заряда с помощью измерения коэффинне1гга отражения инфракрасного излучения. Метод плазменного отражения используется для определения конце!прации Носителей. Концентрация носителей заряда определяется по измерению коэффициента поглощения лазерного шлучения. Недостатком рассмотренных бесконтактных методов является невозможность определения профиля распределения концентрации легирующих примесей в тонких полупроводниковых слоях.

Во втором параграфе рассматриваются методы с использованием контакта. Основное внимание уделено определению концентрации примесей как функции глубины вблизи поверхности полупроводника, которая определяется неразру-шающими емкостными методами из анализа вольт - фарэдных характеристик на смещенных в обратном направлении резких р+-п - переходах или структурах с барьером Шогткн. Кратко рассмотрены дифференциальный и модуляционный методы.

11едостатком рассмотренных емкостных методов является влияние долгожи-вущих поверхностных состояний на результаты измерений. Кроме того, возможны

погрешности из-за токов утечки. Свободным от укачанных недостатков является метод двух гармоник, использующий нелинейность характеристик исследуемого диода и гармоники тестирующего сигнала для определения профиля концентрации легирующих примесей в переходных областях полупроводниковых структур. Отмечается (ираничешмегь гармонического метода при исследовании тонких слоев.

В третьем наршрафе рассмотрены бесконтактные резонансные магнитооптические методы. Для исследования энерктической структуры полупроводников используются методы спектроскопии, спонтанного и вынужденного комбинационного рассеяния (СКР, ИКР), усиления при вынужденном комбинационном рассеянии (НКР-уснлеппе), методы циклотронного резонанса, мш ит «поглощения и мапштонронускапия зондирующего излучения. Новые методы относятся к мш ии-тооцтичсским резонансным методам, реализуемым в области нелинейной спектроскопии при гелиевых температурах и квантующих магнитных полях. Для реализации указанных методов необходимым условием является наличие достаточно мощного лазерного излучения и возможности 'подстраиваться иод нужный резонанс. Это достигается двумя путями: лазерное излучение плавно перестраивается по частоте, либо имеется возможность изменять энергетический спектр самой среды.

Из сравнения методов активной спектроскопии комбинационного рассеяния (АСКР), ВКР - усиления и СКР следует, что разрешение и точность методов определяется спектральным составом липни излучения применяемых лазеров. Поэтому применение непрерывных и, особенно, частотно стабилизированных лазеров даш разрешение, на порядки превосходящее метод СКР, разрешение которого определяется применяемым ынжгромшром.

Сравнение методов ЛСКР и ИКР - усиления показывает, что метод ВКР -усиления имеет ряд преимуществ:

1) Методом ВКР - усиления можно получать действительную и мнимую компоненты теюора нелинейной восприимчивости, в то время как в ЛСКР непосредственно измеряется действительная часть тензора нелинейной восприимчивости.

2) Сигнал в методе ВКР - усиления пропорционален сечению рассеяния и концентрации рассеивающих цетров, а в АСКР сигнал квадратичен и, как правило, требует больших мощностей излучения а>, и о>1, достижимых только в импульсном режиме работы лазеров.

3) Для реализации метода ВКР - усиления не требуется выполнения условия когерентности, как в случае АСКР,

4) Сигнал В ВКР - методе малочувствителен к флуктуациям мощности накачки.

Важным моментом методики при ВКР - усилении является возможность плавной перестройки Не лазерного излучения, а исследуемого энергетического спектра магнитным полем/Условие резонанса

Гко, = Лй)„ - до,»,, , (1)

где - а, и а>„ частоты лазеров тестового и накачки соответственно, достигается в два этапа: путем дискретной перестройки лазеров на выбранный диапазон магнитных нолей, и с помощью магнитного поля происходит плавная настройка среды под условия резонанса.

Комплексные исследования оптических и кинетических рсзонансов при комбинационном рассеянии позволяют прояснить некоторые принципиальные детали нелинейного взаимодействия лазерного излучения с веществом и получать информацию о параметрах электронного газа и уровнях примеси бесконтактными неразрушаюшими методами.

В четвертом маршрафе из проведенного обзора неразрушшощих методов исследования полупроводников и полупроводниковых структур обосновывается актуальность выбранной темы, формулируется цель и задачи исследований. Кратко излагается содержание диссертации, указывается научная Повгана, практическая значимость работы, приводятся выносимые на защиту положения и апробация работы.

Во второй главе описывается метод нелинейного спинового резонанса, экспериментальная установка для исследования полупроводников и результаты, полученные при исследовании нелинейного спинового резонанса.

В нервом наршрафе рассматривается метод нелинейного спинового резонанса, обладающий высоким разрешением и позволяющий исследовать резонансы, лежащие в субмшишметровой области спектра, используя хорошо развитую технику видимого и ближнего ИК диапазонов. Для реализации метода ВКР-усиления на входную грань образца ¡пБЬ, находящегося в магнитном поле, посылались две пространственно совмещенные волны - накачки и тестовая с частотами &>„ и сот. Сигнал снимался с фотоприемника, находящегося за образцом. Пусть входная и выходная грани кристалла !п.ЧЬ образуют резонатор Фабри-Перо. Если интенсивность волны накачки выше порогового значения, то даже при выключенном лазере тестовой волны Ет на выходе кристалла будет стоксова компонента рассеяния с частотой (У ,. А при достаточно большой мощности на частоте &>„ - и янткстоксо-вая компонента еоА. Это легко наблюдать практически. Если устранить одно зеркало резонатора Фабри-Перо, например, путем шлифовки грубым порошком выходной грани, то генерация на частоте о, (а тем более па частоте юА) прекратится, но среда останется усиливающей на частоте о>5. В этом легко убе-Д1ггься, пропустив от дополнительного лазера 1„т излучение с частотой х»т - о,. Тестирующая частота должна удовлетворял, условию резонанса (1), являвшемуся по существу законом сохранения энергии в шолированной системе. При этом интенсивность слабой тестовой волны увеличивается за счет волны накачки.

Во втором параграфе в деталях описывается экспериментальная установка, отдельные ее модернизированные элементы, включая одночастотпые лазеры иа

окиси углерода, генерирующие целый набор линий от 4,8 до 6,2 мкм. Рассмотрены метод получения генерации и контроля одной продольной моды и вопросы сохранения разности эиергий фотонов Цы^-со,), равной в течение 1,- должи-тельного времени. А это, в свою очередь, накладывает жесткие ограничения на стабильность магнитного поля И и точность его рег ист рации. Рассмотрены вопросы получения стабильного тока магнита и по нему оценена стабильность магнитного ноля, которая составила лЛ / й = 2 -10' 1/час. Контрольные измерения магнитного поля осуществлялись датчиком ЯМР с точностью 0,02 %.

Исследование концентрационной зависимости ц - фактора и его производной проводилось в образцах с концентрацией носителей от 8-1013 см"3 до 5-1015 см'3.

Манипулятор позволял поворачивать образец на 360° вокруг направления распространения луча, что давало возможность изучить ориентационную зависимость к - фактора.

Для регистрации спинового резонанса рассмотрены различные способы модуляции и зависимость смещения нелинейного спинового резонанса от мощное™ •лазера накачки.

Для увеличения чувствительности применялись усовершенствованные модуляционные методики с последующим-селективным усилением и синхронным детектированием.

а) Модуляция одного лазера и регистрация на частоте модуляции интенсивности

другого лазера.

б) Модуляция магнитным толем.

Благодаря проведенным доработкам источника тока магнита точность измерения я - фактора составила 0,02% и определялась точностью измерения индукции магнитного поля датчиком ЯМР.

В третьем параграфе проведено исследование спинового резонанса в гйпБЬ в квантующих магнитных полях.

Одной из основных характеристик спинового резонанса является эффективный $ - фактор, который определяет его положение на энергетической шкале. Эта величина у всех полупроводников различная. В работе исследован ¡' - фактор в ан-тимонвде индия с электронной проводимостью.

В результате проведен11ых исследований установлено:

1. я - фактор Является сложной функцией магнитного ноля.

2. С понижением концентрации ¡> - фактор растет по модулю, приближаясь к своему значению на дне зоны проводимости: = -51,55 ± 0.02 для В = О.

3;Обнаружена анизотропия }>-фактора свободных электронов в зоне проводимости 1п&Ь. Максимальное отклонение соответствует геометрии И//[ 100] и равно 0,090 ±0,004.

4. Получены эмпирические формулы для нахождения экспериментально измеряемого я - фактора при известной концентрации и Величине индукции магнитного поля.

В четвертом параграфе рассмотрен полупроводниковый спектрометр монохроматического инфракрасного излучения.

Результаты исследования спинового резонанса, в особенности усиления при ВКР, привели к выводу о возможности создания принципиально нового спектрометра инфракрасного излучения (ИК-спекгро.метра).

1. Рассмотренный полупроводниковый анализатор спектра является оптическим аналогом селективного усилителя.

2. Проведенные усовершенствования позволили на опыте продемонстрировать разрешение 0,03 см'1, которое не уступает разрешению спектрометров И К диапазона и может превышать его па порядок.

3. Отличительной особенностью анализатора снекзра является усиление сигнала в процессе измерения, что существенно для спектроскопии в ИК области.

4. Диапазон работы селективного оптического усилителя в наших экспериментах составлял 5.28 - 5.90 мкм. Применение других полупроводников и лазеров позволяет расширить диапазон до 15 мкм.

В третьей глаае рассматриваются магнитооптические методы определения параметров полупроводников в квантующих магнитных полях.

В первом параграфе рассматривается оптический эффект Шубникова-де Гааза. Поглощение зондирующего монохроматического излучения свободными электронами вырожденного полупроводника вызывает высокочастотную проводимость, в которой, в отличие от статической нроподимосги, участвуют все свободные электроны, имеющие энергию меньше энергии Ферми. Высокочастотная проводимость, как и в статическом случае, испытывает осцилляции при изменении постоянного магнитного поля Н по величине, обусловленные упругим рассеянием электронов вблизи уровня Ферми. Как и в статическом эффекте ¡11-,г Г. резонанс высокочастотной проводимости возникает, когда уровень Ландау Е„ пересекает уровень Ферми (Кк ~ /.',,). Это приводит к осцилляциям коэффициентов поглощения, пропускания и отражения.

Для возникновения оптического эффекта Ш.-д.Г. необходимо выполнение следующих условий: Ег > П<ос » к0г, г»2л/сос, где г - время релаксации носителей заряда, юс -циклотронная частота Из этих условий следует, что наблюдение эффекта Ш.-д.Г. возможно при гелиевых температурах. Оптический эффект Ш.-д.Г. использован при разработке метода бесконтактного определения коша грации носителей заряда.

Во втором параграфе рассматривается бесконтактный автомаппировшшый метод определения концентрации носителей заряда л вырожденных полупроводниках.

Из теоретического анализа и условий наблюдения осцилляции Ш.-д.Г. следует, что точность определения концентрации определяется точностью измерения периода осцилляций интенсивности прошедшего или отраженного монохромаги-ческого поляризованного излучения от образного магнитного поля

Л("') = (2)

На бесконтактный метол определения коицешршши носителей заряда в вырожденных полупроводниках получено авторское свидетельство № 1694018.

В третьем параграфе рассмотрено резонансное магнитопоглошенне и определение глубоких уровней. Применение методики двойного дифференцирования измеряемого сигнала позволяет получать информацию о глубине залегания примесных уровней. В отличие от-невырожденного случая, в вырожденном п - 1пйЬ переходы с глубокого уровня не проявлялись в осцилляциях магнигосопротивле-ния. Однако в машпопоглощении, регистрируемом по пропусканию лазерного излучения, наблюдалась резонансная зависимость на фоне оптического эффекта Ш.-Д.Г.

Полярность сигналов выбиралась при соответствии максимумов первообразной сигнала и второй производной пропускания д2 / / ОН1. Резонанс поглощения происходил всякий раз при выполнении условия

/т» = Л',+ /•;.„ , (3)

где Па, Л',, - энергии поглощаемого фотона, примесного уровня и уровня Ландау. Энергия падающих фотонов не превышала 234 шВ, т.е. меньше ширины запрещенной зоны 1п8Ь = 236 мэВ. Амплитуда осцилляций не зависела от поляризации зондирующего излучения. Энергия примесного уровня составляла Е, = (200,0±0,1) мэВ.

Применение метода двойного дифференцирования эффективно не только при гелиевых температурах. Высокая чувствительность и разрешающая способность установки позволили наблюдать магнитофоионные осцилляции Гуревича -Фирсова при азотных температурах как в вырожденных, так и в невырожденных образцах п - 1п8Ь.

В четвертом параграфе рассмотрены осцилляции фотопропускания в полупроводниковом резонаторе Фабри-Псро. Исследован Показатель преломления в п-1пЙЬ. Исследование магнитогшлевай зависимости показателя преломления в 1пЗЬ представляет интерес, так как открывается возможность использования пелнией-иости показателя преломления для создания быстродействующих оптических м<ь дуляторов и переключателей.

Максимумы коэффициента пропускания наблюдались при выполнении интерференционного условия Л) - л = N j, I. - длинна образца, п(Н) - показатель преломления. Отсюда следует, что

i!ÜÜ-JL (4)

J11 ~ 2l&li V

где Ali - период осцилляции коэффициета пропускания. Скорость изменения показателя преломления определялась из (4) и линейно возрастала в слабых магнитных полях для невырожденного образца. При Пса = \jnUlB\ вы-

ходила на насыщение. Дня вырожденного образца осцилляции магпитопропуска-ния, наблюдались четко при //> 8 кГс. Скорость изменения показателя преломления \<lnUH\ линейно изменялась с увеличением магнитного поля лишь при полях, больших суперквшгшвого предела.

13 пятом параграфе рассмотрены резонансные переходы с мелких примесей и проведено исследование тонкой структуры линий при ВКР-уснлении. Сложная структура линий ВКР - усиления О(В) наблюдалась в достаточно сильных магнитных полях, но она состояла лишь из двух пиков, которые не проявлялись в слабых магнитных полях. Поэтому возникла задача усовершенствовать методику двойного дифференцирования сигнала с целыо повышения стабильности амплитуды В модуляции магнитного поля при малых И и слабых магнитных полях Я.

Для решения этой задачи был разработан блок стабилизации тока модуляционных катушек для стабилизации амплитуды И_, увеличена чувствительность регистрирующей аппаратуры по второй гармонике. Для точной регистрации малых магни тных полей был расширен предел измерения измерителя магнитной индукции 1111-1. Применение усовершенствованной методики двойного дифференцирования и усовершенствованной стандартной аппаратуры позволило выявить и зарегистрировать тонкую структуру линий в более широком диапазоне магнитных полей.

Наиболее узкую линию (~1 Гс.) мы наблюдали впервые при />' = 150 Гс, когда в тестовом излучении СО - лазера присутствовали две близких линии. Интервал между пиками дублета соответствовал положению резонанса на кривой.

1) Из ширины резонансной линии при В -- 150 Гс оценено время спиновой релаксации r( > h 1Г ~2-Кг' с.

2)Из анализа экспериментальных результатов определена энергия примесных состояний с учегом влияния магнитного поля.

3) Применение усовершенствованной модуляционной методики двойного дифференцирования сигнала со стабилизацией амплитуды модуляции магнитного поля позволило обнаружить топкую структуру линий спиновых переходов с примесных состояний с переворотом спина электрона при малых амплитудах модулирующего ноля /i

4) Показано, что тонкая структура линий обусловлена вкладом электронных переходов с мелких примесных уровней.

5) Экспериментальные, данные находятся в хорошем согласии с теоретическими оценками, данными других авторов, дополняя эти данные новыми результатами исследований, выполненными впервые.

В четвертой главе рассмотрен метод двух гармоник исследования распределения легирующей примеси в полупроводниковых структурах.

В первом параграфе рассмотрена сущность метода, заключающаяся в том, что высокочастотный ток / = /, сочал, проходящий по диоду, смещенному в обратом направлении, вызывает осцилляции пространственного заряда. При постоянстве амплитуды тока первой гармоники (/,„ = сот/), частоты тока т и площади перехода Л" получены соотношения для построения блок схемы прибора

Л. -У^-Щ-у (5).

А

2дщо>2^'2 ' "г щсоХ

> Ъ = . (6)

где X - глубина, на которой определяется концентрация носителей заряда, зависящая от постоянного обратного напряжения иГМ.

Во втором параграфе рассмотрена точность измерения сложных профилей распределения примесей в зависимости от амплитуды напряжения тестирующего сигнала. При постоянстве амплитуды тока первой гармоники амплитуда напряжения первой гармоники и,т может как превышать 26 мВ при комнатной температуре, так и быть меньшей этой величины.

Решением обратной задачи показано, что для резких (ступенчатых) профилей распределения легирующей примеси в субмикронной области необходимо работать при различных амплитудах тестирующего сигнала. При исследовании профиля распределения по глубине ейедует начинать с больших токов, когда не требуется высокой чувствительности и помехозащищенности установки, и переходить к меньшим токам, пока не исчезнет характерный излом кривой или измеренный профиль не зайдет в область пространственного заряда, образованного перепадом по коицешрашш п+-п.

В третьем параграфе рассмотрена функциональная схема метода двух гармоник. Устройство, реализованное на основе метода двух гармоник, защищено авторским свидетельством А С. № 128781.

В четвертом параграфе проведено исследование профилей распределения легирующих примесей в полупроводниковых структурах методом двух гармоник. Исследованиями показано, что разработанный прибор, измеряющий профиль концентрации легирующей иримсси, дает достоверную информацию о профиле на участках с высоким фачпентом концентрации. Автоматические неразрушающие

измерения профилей в сверхтонких слоях с максимальным градиетом концентрации примеси дают достоверные результаты при положительном смещении иш и токах утечки до ±20 мкА и сокращают в 3-5 раз толщину "мертвой зоны" ((/,.„ >0), которую невозможно исследовать другими неразрушающими методами.

В заключении кратко подводятся итоги диссертационной работы и указывается личный вклад автора.

Основные результаты работы:

1. В разработанной и созданной установке технически решены задачи стабилизации частот лазеров и магнитного поля, позволившие измерять положение спинового резонанса на энергетической шкале с точностью не хуже 0,02%.

2, Результаты исследований спинового резонанса свободных электронов в шгга-мониде индия показали, что % - фактор является сложной функцией магнитного поля, я - фактор анизотропен и величина анизотропной поправки пропорциональна индукции магнитного поля.

3 . Проведено исследование принципиально новог о полупроводникового прибора - анализатора спектра. Принципиальной особенностью анализатора спектра является усиление исследуемого сигнала.

4. Разработан и внедрен метод бесконтактного определения концентрации свободных носителей в вырожденных полупроводниках, основанный на оптическом эффекте Шубникова - де Гааза. Метод защищен авторским свидетельством Хи 1694018 СССР.

5. Усовершенствование регистрирующей аппаратуры, применение стабилизации амплитуды - модуляции по магнитному полю, применение методики регистрации сигнала на второй гармонике в совокупности позволили на созданной установке:

а) впервые определить положение глубокого уровня в вырожденном и-1п5Ь, исследовать нелинейную зависимость показателя преломления от магнит ного поля В ;

б) исследовать тонкую структуру линий, методом ВКР и впервые обнаружить линию усиления шириной в 1 Гс.

6. Теоретически рассмотрена точность измерения сложных профилей методом двух гармоник. Определен критерий для амплитуды тока тестирующего сигнала методом обратной задачи.

7. Разработана функциональная схема метода двух гармоник, реализованная в созданном приборе "Профилометр". Прибор защищен авторским свидетельством № 1218781 СССР, отмечен бронзовой медалью ВДНХ СССР.

8. Исследованиями показано, что разработанный и реализованный в приборе модифицированный метод двух гармоник позволяет проводить автоматическое измерение профилей с максимальными градиентами концентрации в субмикронных слоях и при положительном смещении (иси >0), что позволяег сократить вЗ-5 раз толщину "мертвой зоны".

Основные результаты диссертации отражены в следующих работах:

1. Вдовин А:В., Студеникин С.А., Корнилович A.A., Уваров Е.И. Измерение ре-зонаисов в антимониде индия. Полупроводниковая тензометрия, Новосибирск, 1988, с. 86-94.

2. Вдовин A.B., Скок Э.М., Уваров Е.И., Федан П.Н. Среда с управляемым энергетическим спектром - активный элемент спектроскопии. ЖТФ, 1982, т. 52, № 6, с. 1126-1132.

3. Вдовин A.B., Корнилович A.A., Уваров Е.И., Студеникин С.А. Магнитооптические методы исследования параметров полупроводников. Оптический радиоволновой и тепловой методы неразрушающего контроля. Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. Могилев, 23-25 мая 1989.

4. Корнилович A.A., Студеникин C A., Скок Э.М., Вдовин A.B., Уваров НИ. Магнитооптические методы исследования характеристик полупроводников. Информатика и проблемы телекоммуникации. Российская научно-техническая конференция. Тезисы докладов, т. 11., с. 35-36, г. Новосибирск, 1996.

5. Корнилович A.A., Уваров Е.И., Вдовин A.B., Скок Э.М., Студеникин С.А. Исследование полупроводников магнитооптическими резонансными методами. Труды третьей международной научно-технической конференции. "Актуальные проблемы электронного приборостроения" АПЭП - 96, т.!., с. 39-42, г. Новосибирск, 1996.

6. Вдовин A.B., Скок Э.М., Уваров Е.И., Федан П.Н. Полупроводниковый спин-флип спектрометр. XXXI научно-техническая конференция НИИГАиК, НО-ВАГО и Горного общества, с. 30, Новосибирск, 1980.

7. Вдовин A.B., Скок Э.М., Уваров Е.И., Федан П.Н. Исследование эффективного g - фактора свободных электронов в n-lnSb. Кн. Физика соединений АзВ5: Тезисы докладов. Всесоюзная конференция, с. 131-132, Новосибирск, 1981.

8. Корнилович A.A., Уваров Е.Й., Вдовин A.B., Скок Э.М., Студеникин С.А. Исследование нелинейного спинового резонанса свободных электронов в электронном антимониде индия. Труды третьей международной научно-технической конференции. "Актуальные проблемы электронного приборостроения" АПЭП - 96, т. 1., с. 35-38, г. Новосибирск, 1996.

9. Вдовин A.B., Скок Э.М., Федан ГШ., Уваров Е.И. Комбинационное рассеяние на спиновом переходе свободных электронов в n-lnSb. Оптика и спектроскопия, 1982, т. 52, в. 2, с. 206.

10. Вдовин A.B., Скок Э.М., Уваров Е.И. Анизотропия g - фактора электронов в зоне проводимости. Письма в ЖЭТФ, 1985, т. 42, № 5, с. 191-192.

11. Уваров В.И., Корнилович A.A. Прибор для автоматического локального измерения профиля концентрации носителей заряда в полупроводниковых структурах. Информатика и проблемы телекоммуникации. Российская научно-техническая конференция. Тезисы докладов, т. 2., с. 35-36. г. Новосибирск, 1996.

12. Вдовил A.B., Скок Э.М., Уваров Е.И., федан П.Н. Новый активный элемент спектроскопии. Природа, 1983,№ I.e. 104.

13. Калужиый В.М., Кориилович A.A., Уваров Е.И., Федан Г1.Н. Программный кошроллер сопряжения МИКРОЭВМ "Искра 226" и системы КАМАК. Микропроцессорные средства и системы, №6,1987, с. 68.

14 . Кориилович A.A., Студеннкин С.А., Уваров Е.И. Способ определения концентрации носителей заряда в вырожденных полупроводниках. A.C. 1694018, Б.И. 1991 №43.

15. Костюченко В.Я., Студепикин С.А., Уваров Б.И. Примесное магнитопогло-щение в узкозонных полупроводниках. Материалы ff Всесоюзного семинара по физике и химии полупроводников. Павлодар, 1989., т. 3, с. 19-23.

16. Уваров Е.И., Духанин 10.А. Устройство для измерений профиля концентрации носителей заряда в полупроводниковых структурах. A.C. 1218781, 1986. Б.И. № 10, с. 278.

17. Уваров Е.И., Корпшювич A.A., Москвичев И.Н. Прибор для измерения профиля концентрации носителей заряда. Проспект ВДНХ, 1987, с. 2.

18. Ефанов H.H., Уваров Е.И. Исследование методом первой-второй гармоники профиля легирования ЭС для приборов КВЧ-диапазона. М., ЦНИИ «Электроника», Серия 8, Вып. 1 (274). Методы и аппаратура для измерения параметров полупроводников и диэлектриков, 1988, с. 38-39.

19. Уваров Е.И., Кориилович A.A., Нуйкин В.В., Ефанов Н-Н. Прибор для измерения концентрации постелей заряда. Оптический радиоволновой и тепловой методы неразрушшощего контроля. Тезисы докладов Всесоюзной на-учно-техтшческой конференции. Могилев, 23-2S мая 1989.

20. Кориилович A.A., Уваров Е.И. Исследование профиля легирования эпигак-сиальных полупроводниковых структур методом первой - второй гармоники. Информатика и проблемы телекоммуникшцш. Российская научно-техническая конференция. Тезисы докладов, т. П., с. 36-37, Новосибирск,

21. Кориилович A.A., Уваров Е.И., Ефанов H.H. Исследование распределения легирующих примесей в тонких полупроводниковых структурах методом двух гармоник. Труды третьей международной научно-технической конференции. "Актуальные проблемы электронного приборостроения" АПЭП -96, т.1с. 31 -34, г. Новосибирск, 1996.

1996.

Евгений Иванович Уваров

РАЗРАБОТКА НЕРАЗРУШАЮЩИХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР

Подписано к печати 20 июня 1997г. Формат бумаги 68x84 1/16. Бумага офсешая. Тираж 100 экз. Уч.-изд.л. 0,8 печ.л. 1,0. Заказ №

Отпечатало в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092 г. Новосибирск, пр. К. Маркса 20