गहरे स्तर के क्षणिक स्पेक्ट्रोस्कोपी

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गहरे स्तर के क्षणिक स्पेक्ट्रोस्कोपी (डीएलटीएस) अर्धचालकों में विद्युत सक्रिय दोषों (चार्ज वाहक जाल के रूप में जाना जाता है) का अध्ययन करने के लिए एक प्रयोगात्मक उपकरण है। DLTS मौलिक दोष मापदंडों को स्थापित करता है और सामग्री में उनकी एकाग्रता को मापता है। कुछ मापदंडों को उनकी पहचान और विश्लेषण के लिए उपयोग किए जाने वाले दोष फिंगर प्रिंट के रूप में माना जाता है।

DLTS एक साधारण इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस के एक स्पेस चार्ज (घटाव) क्षेत्र में मौजूद दोषों की जांच करता है। सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले शोट्की डायोड या पी-एन जंक्शन हैं। माप प्रक्रिया में स्थिर-राज्य डायोड रिवर्स ध्रुवीकरण वोल्टेज एक वोल्टेज पल्स से परेशान होता है। यह वोल्टेज पल्स स्पेस चार्ज क्षेत्र में विद्युत क्षेत्र को कम करता है और अर्धचालक बल्क से मुक्त वाहक को इस क्षेत्र में प्रवेश करने और उनके गैर-संतुलन चार्ज राज्य के कारण दोषों को रिचार्ज करने की अनुमति देता है। पल्स के बाद, जब वोल्टेज अपने स्थिर-राज्य मूल्य पर लौटता है, तो दोष थर्मल उत्सर्जन प्रक्रिया के कारण फंसे हुए वाहक का उत्सर्जन करने लगते हैं। तकनीक डिवाइस स्पेस चार्ज क्षेत्र समाई का अवलोकन करती है जहां दोष चार्ज स्टेट रिकवरी कैपेसिटेंस क्षणिक का कारण बनता है। डिफेक्ट चार्ज स्टेट रिकवरी के बाद वोल्टेज पल्स को साइकिल चलाया जाता है, जिससे दोष रिचार्जिंग प्रक्रिया विश्लेषण के लिए विभिन्न सिग्नल प्रोसेसिंग विधियों के एक आवेदन की अनुमति मिलती है।

DLTS तकनीक में लगभग किसी भी अन्य अर्धचालक नैदानिक ​​तकनीक की तुलना में अधिक संवेदनशीलता है। उदाहरण के लिए, सिलिकॉन में यह 10 में एक भाग की एकाग्रता में अशुद्धियों और दोषों का पता लगा सकता हैसामग्री मेजबान परमाणुओं के 12 ।इस सुविधा ने अपने डिजाइन की एक तकनीकी सादगी के साथ मिलकर इसे अनुसंधान प्रयोगशालाओं और अर्धचालक सामग्री उत्पादन कारखानों में बहुत लोकप्रिय बना दिया।

डीएलटीएस तकनीक को 1974 में बेल लेबोरेटरीज में डेविड वर्न लैंग द्वारा अग्रणी किया गया था।[1] 1975 में लैंग को एक अमेरिकी पेटेंट प्रदान किया गया था।[2]


dlts विधियाँ

पारंपरिक dlts

विशिष्ट पारंपरिक डीएलटीएस स्पेक्ट्रा

पारंपरिक डीएलटीएस में कैपेसिटेंस ट्रांसएंट्स की जांच एक लॉक-इन एम्पलीफायर का उपयोग करके की जाती है[3] या डबल बॉक्स-कार औसत तकनीक जब नमूना तापमान धीरे-धीरे भिन्न होता है (आमतौर पर तरल नाइट्रोजन तापमान से लेकर कमरे के तापमान 300 K या उससे अधिक की सीमा में)। उपकरण संदर्भ आवृत्ति वोल्टेज पल्स पुनरावृत्ति दर है। पारंपरिक डीएलटीएस विधि में यह आवृत्ति कुछ स्थिरांक (उपयोग किए गए हार्डवेयर के आधार पर) से गुणा की जाती है, जिसे दर विंडो कहा जाता है। तापमान स्कैन के दौरान, चोटियां तब दिखाई देती हैं जब कुछ दोषों से वाहक की उत्सर्जन दर दर खिड़की के बराबर होती है। बाद के डीएलटीएस स्पेक्ट्रा माप में विभिन्न दर खिड़कियों को स्थापित करके एक अलग तापमान प्राप्त करता है, जिस पर कुछ विशेष शिखर दिखाई देता है। उत्सर्जन दर और इसी तापमान जोड़े का एक सेट होने से एक अरेहेनियस प्लॉट बना सकता है, जो थर्मल उत्सर्जन प्रक्रिया के लिए दोष सक्रियण ऊर्जा की कटौती के लिए अनुमति देता है। आमतौर पर यह ऊर्जा (कभी -कभी दोष ऊर्जा स्तर कहा जाता है) प्लॉट इंटरसेप्ट वैल्यू के साथ -साथ इसकी पहचान या विश्लेषण के लिए उपयोग किए जाने वाले दोष पैरामीटर होते हैं। कम मुक्त वाहक घनत्व चालन के साथ नमूनों पर एक डीएलटीएस विश्लेषण के लिए भी उपयोग किया गया है।[4] पारंपरिक तापमान स्कैन डीएलटी के अलावा, जिसमें एक निरंतर आवृत्ति पर डिवाइस को स्पंदन करते समय तापमान बह जाता है, तापमान को स्थिर रखा जा सकता है और स्पंदन आवृत्ति को स्वीप किया जा सकता है।इस तकनीक को फ़्रीक्वेंसी स्कैन डीएलटी कहा जाता है।[3]सिद्धांत रूप में आवृत्ति और तापमान स्कैन डीएलटी को समान परिणाम प्राप्त करना चाहिए।आवृत्ति स्कैन डीएलटी विशेष रूप से उपयोगी है जब तापमान में एक आक्रामक परिवर्तन डिवाइस को नुकसान पहुंचा सकता है।एक उदाहरण जब आवृत्ति स्कैन को उपयोगी दिखाया जाता है, तो यह है कि पतले और संवेदनशील गेट ऑक्साइड के साथ आधुनिक एमओएस उपकरणों का अध्ययन करने के लिए।[3]

डीएलटीएस का उपयोग क्वांटम डॉट्स और पेरोव्साइट सौर कोशिकाओं का अध्ययन करने के लिए किया गया है।[5][6][7][8][9]


MCTS और अल्पसंख्यक-वाहक DLTS

Schottky डायोड के लिए, एक रिवर्स बायस पल्स के आवेदन द्वारा अधिकांश वाहक जाल देखे जाते हैं, जबकि अल्पसंख्यक वाहक जाल तब देखे जा सकते हैं जब रिवर्स बायस वोल्टेज दालों को उपरोक्त अर्धचालक बैंडगैप वर्णक्रमीय रेंज से फोटॉन ऊर्जा के साथ हल्के दालों के साथ बदल दिया जाता है।[10][11] इस विधि को अल्पसंख्यक वाहक क्षणिक स्पेक्ट्रोस्कोपी (MCTS) कहा जाता है।अल्पसंख्यक वाहक जाल को आगे के पूर्वाग्रह दालों के आवेदन द्वारा पी-एन जंक्शनों के लिए भी देखा जा सकता है, जो अल्पसंख्यक वाहक को अंतरिक्ष चार्ज क्षेत्र में इंजेक्ट करते हैं।[12] डीएलटीएस प्लॉट्स में अल्पसंख्यक वाहक स्पेक्ट्रा को आमतौर पर बहुसंख्यक वाहक ट्रैप स्पेक्ट्रा के संबंध में आयाम के विपरीत संकेत के साथ चित्रित किया जाता है।

लाप्लास dlts

डीएलटीएस के लिए एक उच्च संकल्प लाप्लास ट्रांसफॉर्म डीएलटीएस (एलडीएलटीएस) के रूप में जाना जाता है।Laplace DLTS एक इज़ोटेर्मल तकनीक है जिसमें कैपेसिटेंस ट्रांसएंट्स को एक निश्चित तापमान पर डिजिटाइज़ और औसत किया जाता है।तब दोष उत्सर्जन दर संख्यात्मक तरीकों के उपयोग के साथ प्राप्त की जाती है, जो व्युत्क्रम लाप्लास परिवर्तन के बराबर होता है।प्राप्त उत्सर्जन दरों को एक वर्णक्रमीय भूखंड के रूप में प्रस्तुत किया जाता है।[13][14] पारंपरिक डीएलटीएस की तुलना में लाप्लास डीएलटीएस का मुख्य लाभ ऊर्जा समाधान में पर्याप्त वृद्धि है जिसे यहां बहुत समान संकेतों को अलग करने की क्षमता के रूप में समझा जाता है।

लाप्लास डीएलटीएस के साथ संयोजन में डीएलटीएस दोष ऊर्जा स्तर के एक विभाजन में परिणाम देता है।गैर-समतुल्य अभिविन्यासों में दोषों का एक यादृच्छिक वितरण मानते हुए, विभाजन लाइनों की संख्या और उनकी तीव्रता अनुपात समरूपता वर्ग को दर्शाते हैं[15] दी गई दोष।[13]

MOS कैपेसिटर के लिए LDLTS के अनुप्रयोग को एक ऐसी सीमा में डिवाइस ध्रुवीकरण वोल्टेज की आवश्यकता होती है, जहां अर्धचालक से अर्धचालक-ऑक्साइड इंटरफ़ेस के लिए फर्मी स्तर को अर्धचालक बैंडगैप रेंज के भीतर इस इंटरफ़ेस को इंटरफेस करता है।इस इंटरफ़ेस में मौजूद इलेक्ट्रॉनिक इंटरफ़ेस राज्य ऊपर वर्णित दोषों के समान वाहक को फंसा सकते हैं।यदि इलेक्ट्रॉनों या छेदों के साथ उनका अधिभोग एक छोटे वोल्टेज पल्स से परेशान होता है, तो डिवाइस कैपेसिटेंस पल्स के बाद अपने प्रारंभिक मूल्य पर ठीक हो जाता है क्योंकि इंटरफ़ेस राज्यों ने वाहक का उत्सर्जन करना शुरू कर दिया।इस रिकवरी प्रक्रिया का विश्लेषण विभिन्न डिवाइस ध्रुवीकरण वोल्टेज के लिए LDLTS विधि के साथ किया जा सकता है।इस तरह की प्रक्रिया सेमीकंडक्टर-ऑक्साइड (या ढांकता हुआ) इंटरफेस पर इंटरफ़ेस इलेक्ट्रॉनिक राज्यों के ऊर्जा राज्य वितरण को प्राप्त करने की अनुमति देती है।[16]


निरंतर-कैपेसिटेंस dlts

सामान्य तौर पर, डीएलटीएस माप में समाई संक्रमणों का विश्लेषण मानता है कि जांच किए गए जाल की एकाग्रता सामग्री डोपिंग एकाग्रता की तुलना में बहुत कम है।ऐसे मामलों में जब यह धारणा पूरी नहीं होती है, तो ट्रैप एकाग्रता के अधिक सटीक निर्धारण के लिए निरंतर कैपेसिटेंस डीएलटीएस (CCDLTS) विधि का उपयोग किया जाता है।[17] जब दोष रिचार्ज करते हैं और उनकी एकाग्रता अधिक होती है, तो डिवाइस स्पेस क्षेत्र की चौड़ाई कैपेसिटेंस क्षणिक के विश्लेषण को गलत बनाती है।डिवाइस बायस वोल्टेज को अलग करके कुल डिवाइस कैपेसिटेंस को बनाए रखने वाले अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनिक सर्किटरी में कमी क्षेत्र की चौड़ाई को स्थिर रखने में मदद मिलती है।नतीजतन, अलग -अलग डिवाइस वोल्टेज दोष रिचार्ज प्रक्रिया को दर्शाता है।फीडबैक सिद्धांत का उपयोग करके CCDLTS प्रणाली का विश्लेषण LAU और LAM द्वारा 1982 में प्रदान किया गया था।[18]


i-dlts और गड्ढे

डीएलटीएस के लिए एक महत्वपूर्ण कमी है: इसका उपयोग इन्सुलेट सामग्री के लिए नहीं किया जा सकता है।।दोष विश्लेषण के लिए समाई माप-आधारित डीएलटीएस विधियों को लागू नहीं किया जा सकता है।थर्मल रूप से उत्तेजित वर्तमान (टीएससी) स्पेक्ट्रोस्कोपी के अनुभवों पर आधारित, वर्तमान संक्रमणों का विश्लेषण डीएलटीएस विधियों (आई-डीएलटीएस) के साथ किया जाता है, जहां प्रकाश दालों का उपयोग दोष अधिभोग गड़बड़ी के लिए किया जाता है।साहित्य में इस पद्धति को कभी -कभी फोटोइंडेड ट्रांसिएंट स्पेक्ट्रोस्कोपी (गड्ढे) कहा जाता है।[19] I-DLTS या गड्ढों का उपयोग P-I-N डायोड के I- क्षेत्र में दोषों का अध्ययन करने के लिए भी किया जाता है।

यह भी देखें

  • वाहक पीढ़ी और पुनर्संयोजन
  • ऊर्जा अंतराल
  • प्रभावी द्रव्यमान (ठोस-राज्य भौतिकी) | प्रभावी द्रव्यमान
  • Schottky डायोड
  • फ्रेनकेल दोष
  • शोट्की दोष
  • अर्धचालक उपकरण
  • रिक्ति (रसायन विज्ञान)
  • कैपेसिटेंस वोल्टेज प्रोफाइलिंग
  • उच्च-के ढांकता हुआ

संदर्भ

  1. ↑ Lang, D. V. (1974). "Deep-level transient spectroscopy: A new method to characterize traps in semiconductors". Journal of Applied Physics. AIP Publishing. 45 (7): 3023–3032. doi:10.1063/1.1663719. ISSN 0021-8979.
  2. ↑ [1], "Method for measuring traps in semiconductors", issued 1973-12-06 
  3. ↑ 3.0 3.1 3.2 Elhami Khorasani, Arash; Schroder, Dieter K.; Alford, T. L. (2014). "A Fast Technique to Screen Carrier Generation Lifetime Using DLTS on MOS Capacitors". IEEE Transactions on Electron Devices. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). 61 (9): 3282–3288. doi:10.1109/ted.2014.2337898. ISSN 0018-9383. S2CID 5895479.
  4. ↑ Fourches, N. (28 January 1991). "Deep level transient spectroscopy based on conductance transients". Applied Physics Letters. AIP Publishing. 58 (4): 364–366. doi:10.1063/1.104635. ISSN 0003-6951.
  5. ↑ Lin, S. W.; Balocco, C.; Missous, M.; Peaker, A. R.; Song, A. M. (3 October 2005). "Coexistence of deep levels with optically active InAs quantum dots". Physical Review B. American Physical Society (APS). 72 (16): 165302. doi:10.1103/physrevb.72.165302. ISSN 1098-0121.
  6. ↑ Antonova, Irina V.; Volodin, Vladimir A.; Neustroev, Efim P.; Smagulova, Svetlana A.; Jedrzejewsi, Jedrzej; Balberg, Isaac (15 September 2009). "Charge spectroscopy of Si nanocrystallites embedded in a SiO2 matrix". Journal of Applied Physics. AIP Publishing. 106 (6): 064306. doi:10.1063/1.3224865. ISSN 0021-8979.
  7. ↑ Buljan, M.; Grenzer, J.; Holý, V.; Radić, N.; Mišić-Radić, T.; Levichev, S.; Bernstorff, S.; Pivac, B.; Capan, I. (18 October 2010). "Structural and charge trapping properties of two bilayer (Ge+SiO2)/SiO2 films deposited on rippled substrate". Applied Physics Letters. AIP Publishing. 97 (16): 163117. doi:10.1063/1.3504249. ISSN 0003-6951.
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  12. ↑ Markevich, V. P.; Hawkins, I. D.; Peaker, A. R.; Emtsev, K. V.; Emtsev, V. V.; Litvinov, V. V.; Murin, L. I.; Dobaczewski, L. (27 December 2004). "Vacancy–group-V-impurity atom pairs in Ge crystals doped with P, As, Sb, and Bi". Physical Review B. American Physical Society (APS). 70 (23): 235213. doi:10.1103/physrevb.70.235213. ISSN 1098-0121.
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  14. ↑ Laplace transform Deep Level Transient Spectroscopy
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  17. ↑ Johnson, N. M.; Bartelink, D. J.; Gold, R. B.; Gibbons, J. F. (1979). "Constant-capacitance DLTS measurement of defect-density profiles in semiconductors". Journal of Applied Physics. AIP Publishing. 50 (7): 4828–4833. doi:10.1063/1.326546. ISSN 0021-8979.
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बाहरी संबंध

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