Микроволновая Вольт-Импедансная Спектроскопия Полупроводников

Abstract

We have tested experimentally the proposed method of microwave volt-impedance spectroscopy of semiconductors. The method allows to determine the local values of the semiconductor electrophysical parameters. The studies were performed on a homogeneous single-crystal GaAs wafer with a concentric antenna system formed on its surface. The resolution is determined by the diameter of the antenna central disk, which was amounted a = 12, 27, 57 μm. A constant bias voltage of 0 ≤ U ≤ 5 V was applied between the contact pads of the antennas. The complex impedance spectrum Z (f, U) of each antenna was measured using a Cascade Microtech probe station in the frequency range f = 0.1 - 10 GHz. The electrophysical characteristics of the semiconductor were determined from Z(f, U) spectra by the inverse problem solving. We have established the n-type for our semiconductor and determined the electrical potential difference on the metal-semiconductor interface. We have found as well the electron concentration, mobility and conductivity. Measurements of the same parameters by Hall four-probe method (giving the surface averaging) showed good mutual agreement of the results for the homogeneous sample under study.

Резонансная Микроволновая Спектроскопия Полупроводников С Микронным Разрешением

“…Разработанный в [32,33] Z−V-метод основан на измерении при помощи зондовой станции Cascade Microtech (CM) частотного спектра импеданса системы зонд−образец Z( f , U) как функции приложенного к зонду постоянного напряжения U. Электрофизические параметры образца находятся путем решения соответствующей обратной задачи. При этом точность измерения импеданса Z имеет решающее значение.…”

“…При этом точность измерения импеданса Z имеет решающее значение. Рассмотрим сначала реализованную в [32] классическую схему измерений, когда спектр Z( f ) определяется по спектру комплексного коэффициента отражения S11( f ) = Ŵ( f ) (в системе S-параметров) при непосредственном подключении CM-зонда к одному из портов векторного анализатора цепей. Имеем…”

“…Для успешного решения обратной задачи ключевым требованием является высокая точность теоретической модели. В работах [31,32] обращено внимание на благоприятное обстоятельство: для зонда (антенны) правильной коаксиальной формы предложенная в [16] аналитическая модель становится достаточно точной для решения, как минимум, трехпараметрических обратных задач. Выполненная в [31] характеризация диодной структуры с разрешением 10−60 µm -пример решения указанной задачи.…”

“…С появлением в последние 10−15 лет коммерческих зондовых станций, работающих в диапазоне до ∼ 100 GHz (как, например, Cascade Microtech), появилась возможность построить МВ спектрометр, сочетающий в одном приборе локальность БММ с измерениями в широком частотном интервале. Предложенный в [33] и экспериментально апробированный в [32] метод вольт-импедансной (Z−V) спектроскопии полупроводников позволяет с микронным латеральным разрешением путем решения трехпараметрической обратной задачи получить полный набор электрофизических характеристик полупроводника: концентрацию, подвижность, тип свободных носителей заряда, удельную проводимость. В результате стало возможным перенести в МВ-диапазон такие информативные методы исследования полупроводников, как вольт-фарадную (C−V) диагностику [34] и адмиттансную спектроскопию (АС) [35][36][37].…”

“…Оба метода ранее применялись на низких (не более 10 MHz) частотах, из-за чего не обеспечивали микронное разрешение. Однако возможность получения Z−V-методом дополнительной информации о проводимости структур с барьером Шоттки осталась нереализованной в полном объеме в работе [32]. Проблема состояла в недостаточной точности измерения действительной части импеданса структур в низкочастотной ( f < 500 MHz) области спектра.…”