Study of deep level parameters in a silicon diode using capacity-based deep level transient spectroscopy
38 20
Keywords:
relaxation spectroscopy, deep level, capture cross-sectionAbstract
Defects occurring in semiconductor materials have a significant impact on their electrophysical properties (conductivity, lifetime of charge carriers). In the case of energy levels of the defects being located within the band gap of these materials, far from the edges of the valence and conduction bands, they are also known as “deep levels”. Defects appearing within the band gaps of semiconductor materials may be both intrinsic and result from external technological factors. Parameters characterizing deep levels include ionization energy, concentration and cross-section. These parameters may be comprehensively using capacity-based deep level transient spectroscopy («deep level transient spectroscopy» DLTS). The main advantage of this technique is its high sensitivity enabling to study the band gap structure in semiconductor materials. This paper describes the methodology of using deep level transient spectroscopy for the characterization of a KD208A silicon diode with the purpose of identifying and studying deep level characteristics in this device.
References
1. Lang D.V. Deep level transient spectroscopy: a new method to characterize traps in semiconductors // J. Appl. Phys. – 1974. – Vol.45. – P.3023-3032.
2. Берман Л.С., Лебедев А.А. Емкостная спектроскопия глубоких центров в полупроводниках. – Л.: Наука, 1981. – 176 с.
3. Grimmeiss H.G., Ovren C. Fundamentals of junction measurements in the study of deep levels in semiconductors // J. Phys. E.: Scientific Instr. – 1981. – Vol.14, No.10. – P. 1032–1042.
4. Акчурин Р.К., Андрианов Д.Г., Берман Л.С. и др., Физика и материаловедение полупроводников с глубокими уровнями / Под ред. В.И. Фистуля. – М.: Металлургия, 1987. – 232 с.
5. Sah C.T., Forbes L., Rosier L.L., Tasch A.F. Thermal and optical emission and capture rates and cross sections of electrons and holes at imperfection centres in semiconductors from photo and dark junction current and capacitance experiments // Solid-State Electronics. – 1970. – Vol.13, No.8. – P. 759–788.
6. Lang D.V. Space charge spectroscopy in semiconductors / Thermally stimulated relaxation processes in solids // Ed. by P. Braunlich. New York: Springer-Verlag, 1979. – P. 93–133.
7. Johnson N.M., Deep-level transient spectroscopy: characterization and identification of electronic defects // Optical engineering. – 1986. – N.5. – P. 698–704.
8. Денисов А.А., Лактюшкин В.Н., Садофев Ю.Г. Релаксационная спектроскопия глубоких уровней // Обзоры по электронной технике, сер. технология, организация производства и оборудование. – М.: ЦНИИ “Электроника”, 1985. – Вып. 15(144). – 52 с.
9. Farmer J.W., Nugent J.C. Transient current spectroscopy on neutron irradiated silicon // Neutron Transmutat. Doping Semicond.: Mater. Proc. 4th Neutron Transmutat. Doping Conf., Gaithersburg, Md, 1–3 June, 1982. New York, London, 1984. – P.225–239.
10. Кузнецов Н.И. Токовая релаксационная спектроскопия глубоких уровней (i-DLTS) // ФТП. – 1993. – Т.27. – Вып. 10. – С.1674-1679.
11. Schmalz K., Yassievich I.N., Rucker H., Grimmeis H.G. Characterization of Si/Si1 xGex/Si quantum wells by space-charge spectroscopy // Phys. Rev. B. – 1994. –Vol.50. – P.14287-14301.
12. Chretien O., Apetz R., Vescan L., Souifi A., Luth H., Schmalz K., Koulmann J.J. Thermal hole emission from Si/Si1-xGex/Si quantum wells by deep level transient spectroscopy // J. Appl. Phys. – 1995. – Vol.78. – P.5439-5447.
13. Козловский В.И., Садофьев Ю.Г., Литвинов В.Г. Разрыв зон в структурах с одиночной квантовой ямой Zn1-xCdxTe/ZnTe, выращенных на GaAs (100) эпитаксией из молекулярных пучков // ФТП. – 2000. – Т.34, вып. 8. – С. 998-1003.
14. Broniatowski A., Blosse A., Srivastava P.C., Bourgoin J.C. Transient capacitance measurements on resistive samples // J. Appl. Phys. – 1983. –Vol.54. – P.2907- 2910.
15. Астрова Е.В., Лебедев А.А., Лебедев А.А. Влияние последовательного сопротивления диода на нестационарные емкостные измерения параметров глубоких уровней // ФТП. – 1985. – Т.19, вып.8. – С. 1382-1385.
16. Антонова И.В., Шаймеев С.С. Температурная зависимость амплитуды пика DLTS в кремнии с глубокими центрами // ФТП. – 1991. – Т.25, вып.5. – С. 847-851.
17. Аймаганбетов К.П., Жолдыбаев К.С., Жантуаров С.Р., Рахимбаев Б.С., Токмолдин Н.С. Реализация метода нестационарной спектроскопии глубоких уровней в условиях лабораторного эксперимента для студентов вузов // Вестник КазНУ, серия физическая. – 2017. – №1 (60). – С.148-156.
18. Boddaert X., Letartle X., Stevenard D., Bourgouin J. Thermal stability of EL2 in GaAs. // Add. mater., Process and Devices III-V Compound Semicond.: Symp., Boston, Nov.28-Dec.2, 1988. 1989. Pittsbur. – P.3-8.
19. Von Bardeleben H., Bourgouin J., Stevenard D., Lannoo M. On the metastable state of EL2 in GaAs. // Gallium arsenide and relat. compounds: Proc. 14th int. symp. Heraclion 28 Sept.-10 Okt. 1987. – 1988. – P.399-452.
20. Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х т. Пер. с англ. – М.: Мир, 1984. – Т.1. – 456 с.
References
1 D.V. Lang, J. Appl. Phys. 45, 3023-3032, (1974)
2 L.S. Berman and A.A. Lebedev, Emkostnaya spectroscopiya glubokikh centrov v poluprovodnikakh, (L: Izd-vo Nauka, 1981) 176 p. (in Russ).
3 H.G. Grimmeiss and C. Ovren, J. Phys. E.: Scientific Instr. 14, 10, 1032–1042, (1981).
4 R.K. Akchurin, D.G. Andrianov and L.S. Berman i dr., Fizika i materialovedenie poluprovodnikov s glubokimi urovnyami, (M: Izd-vo Metallurgiya, 1987), 232 p. (in Russ).
5 C.T. Sah., L. Forbes, L.L. Rosier and A.F. Tasch, Solid-State Electronics. 13, 8, 759–788. (1970).
6 D.V. Lang, Space charge spectroscopy in semiconductors, Thermally stimulated relaxation processes in solids, Ed. by P. Braunlich. (New York: Springer-Verlag, 1979), p.93–133.
7 N.M. Johnson, Optical engineering 5, 698–704, (1986).
8 A.A. Denisov, V.N. Laktiushkin and Yu.G. Sadofev, Relaksacionnaya spectroskopiya glubokikh urovney. Obzory po elektronnoy tekhnike, ser. tekhnologiya, organizaciya proizvodstva I oborudovanie. (M: TCNII Elektronika, 1985, 15, 144), 52 p. (in Russ).
9 J.W. Farmer and J.C. Nugent, Mater. Proc. 4th Neutron Transmutat. Doping Conf., (Gaithersburg, Md, 1–3 June, 1982. New York, London, 1984), p. 225–239.
10 N.I. Kuznetsov, FTP 27, 10, 1674-1679, (1993) (in Russ).
11 K. Schmalz, I.N. Yassievich, H. Rucker, and H.G. Grimmeis, Phys. Rev. B 50, 14287-14301, (1994).
12 O. Chretien, R. Apetz, L. Vescan, A. Souifi, H. Luth, K. Schmalz and J.J. Koulmann, J. Appl. Phys. 78, 5439-5447, (1995).
13 V.I. Kozlovskii, Yu.G. Sadofev and V.G. Litvinov, Razryv zon v strukturakh s odinochnoy kvantovoy yamoi Zn1-xCdxTe/ZnTe, vyrashennykh na GaAs (100) epitaksiey iz molekulyarnykh puchkov (T: Izd-vo FTP, 2000, 8), p.998-1003. (in Russ).
14 A. Broniatowski, A. Blosse, P.C. Srivastava and J.C. Bourgoin, Appl. Phys. 54, 2907- 2910, (1983).
15 E.V. Astrova and A.A. Lebedev, FTP 8, 1382-1385, (1985). (in Russ).
16 I.V. Antonova and S.S. Shaimeev, FTP 25, 5, 847-851, (1991). (in Russ).
17 K.P. Aimaganbetov, K.S. Zholdybaev, S.R. Zhantuarov, B.S. Rakhimbaev and N.S. Tokmoldin, Recent Contributions to Physics, 1 (60), 148-156, (2017). (in Russ).
18 X. Boddaert, X. Letartle, D. Stevenard and J. Bourgouin, Add. mater. Process and Devices III-V Compound Semicond.: Symp. (Boston, Nov.28-Dec.2, 1988. 1989, Pittsbur.), p.3-8.
19 H. Von Bardeleben, J. Bourgouin, D. Stevenard and M. Lannoo, Proc. 14th int. symp. (Heraclion 28 Sept.-10 Okt. 1987, 1988), p.399-452.
20 S.M. Zi, Fizika poluprovodnikovykh priborov (Moscow: Izd-vo Mir, v 2-kh t. per s angl., 1984), 456 p. (in Russ).
2. Берман Л.С., Лебедев А.А. Емкостная спектроскопия глубоких центров в полупроводниках. – Л.: Наука, 1981. – 176 с.
3. Grimmeiss H.G., Ovren C. Fundamentals of junction measurements in the study of deep levels in semiconductors // J. Phys. E.: Scientific Instr. – 1981. – Vol.14, No.10. – P. 1032–1042.
4. Акчурин Р.К., Андрианов Д.Г., Берман Л.С. и др., Физика и материаловедение полупроводников с глубокими уровнями / Под ред. В.И. Фистуля. – М.: Металлургия, 1987. – 232 с.
5. Sah C.T., Forbes L., Rosier L.L., Tasch A.F. Thermal and optical emission and capture rates and cross sections of electrons and holes at imperfection centres in semiconductors from photo and dark junction current and capacitance experiments // Solid-State Electronics. – 1970. – Vol.13, No.8. – P. 759–788.
6. Lang D.V. Space charge spectroscopy in semiconductors / Thermally stimulated relaxation processes in solids // Ed. by P. Braunlich. New York: Springer-Verlag, 1979. – P. 93–133.
7. Johnson N.M., Deep-level transient spectroscopy: characterization and identification of electronic defects // Optical engineering. – 1986. – N.5. – P. 698–704.
8. Денисов А.А., Лактюшкин В.Н., Садофев Ю.Г. Релаксационная спектроскопия глубоких уровней // Обзоры по электронной технике, сер. технология, организация производства и оборудование. – М.: ЦНИИ “Электроника”, 1985. – Вып. 15(144). – 52 с.
9. Farmer J.W., Nugent J.C. Transient current spectroscopy on neutron irradiated silicon // Neutron Transmutat. Doping Semicond.: Mater. Proc. 4th Neutron Transmutat. Doping Conf., Gaithersburg, Md, 1–3 June, 1982. New York, London, 1984. – P.225–239.
10. Кузнецов Н.И. Токовая релаксационная спектроскопия глубоких уровней (i-DLTS) // ФТП. – 1993. – Т.27. – Вып. 10. – С.1674-1679.
11. Schmalz K., Yassievich I.N., Rucker H., Grimmeis H.G. Characterization of Si/Si1 xGex/Si quantum wells by space-charge spectroscopy // Phys. Rev. B. – 1994. –Vol.50. – P.14287-14301.
12. Chretien O., Apetz R., Vescan L., Souifi A., Luth H., Schmalz K., Koulmann J.J. Thermal hole emission from Si/Si1-xGex/Si quantum wells by deep level transient spectroscopy // J. Appl. Phys. – 1995. – Vol.78. – P.5439-5447.
13. Козловский В.И., Садофьев Ю.Г., Литвинов В.Г. Разрыв зон в структурах с одиночной квантовой ямой Zn1-xCdxTe/ZnTe, выращенных на GaAs (100) эпитаксией из молекулярных пучков // ФТП. – 2000. – Т.34, вып. 8. – С. 998-1003.
14. Broniatowski A., Blosse A., Srivastava P.C., Bourgoin J.C. Transient capacitance measurements on resistive samples // J. Appl. Phys. – 1983. –Vol.54. – P.2907- 2910.
15. Астрова Е.В., Лебедев А.А., Лебедев А.А. Влияние последовательного сопротивления диода на нестационарные емкостные измерения параметров глубоких уровней // ФТП. – 1985. – Т.19, вып.8. – С. 1382-1385.
16. Антонова И.В., Шаймеев С.С. Температурная зависимость амплитуды пика DLTS в кремнии с глубокими центрами // ФТП. – 1991. – Т.25, вып.5. – С. 847-851.
17. Аймаганбетов К.П., Жолдыбаев К.С., Жантуаров С.Р., Рахимбаев Б.С., Токмолдин Н.С. Реализация метода нестационарной спектроскопии глубоких уровней в условиях лабораторного эксперимента для студентов вузов // Вестник КазНУ, серия физическая. – 2017. – №1 (60). – С.148-156.
18. Boddaert X., Letartle X., Stevenard D., Bourgouin J. Thermal stability of EL2 in GaAs. // Add. mater., Process and Devices III-V Compound Semicond.: Symp., Boston, Nov.28-Dec.2, 1988. 1989. Pittsbur. – P.3-8.
19. Von Bardeleben H., Bourgouin J., Stevenard D., Lannoo M. On the metastable state of EL2 in GaAs. // Gallium arsenide and relat. compounds: Proc. 14th int. symp. Heraclion 28 Sept.-10 Okt. 1987. – 1988. – P.399-452.
20. Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов. В 2-х т. Пер. с англ. – М.: Мир, 1984. – Т.1. – 456 с.
References
1 D.V. Lang, J. Appl. Phys. 45, 3023-3032, (1974)
2 L.S. Berman and A.A. Lebedev, Emkostnaya spectroscopiya glubokikh centrov v poluprovodnikakh, (L: Izd-vo Nauka, 1981) 176 p. (in Russ).
3 H.G. Grimmeiss and C. Ovren, J. Phys. E.: Scientific Instr. 14, 10, 1032–1042, (1981).
4 R.K. Akchurin, D.G. Andrianov and L.S. Berman i dr., Fizika i materialovedenie poluprovodnikov s glubokimi urovnyami, (M: Izd-vo Metallurgiya, 1987), 232 p. (in Russ).
5 C.T. Sah., L. Forbes, L.L. Rosier and A.F. Tasch, Solid-State Electronics. 13, 8, 759–788. (1970).
6 D.V. Lang, Space charge spectroscopy in semiconductors, Thermally stimulated relaxation processes in solids, Ed. by P. Braunlich. (New York: Springer-Verlag, 1979), p.93–133.
7 N.M. Johnson, Optical engineering 5, 698–704, (1986).
8 A.A. Denisov, V.N. Laktiushkin and Yu.G. Sadofev, Relaksacionnaya spectroskopiya glubokikh urovney. Obzory po elektronnoy tekhnike, ser. tekhnologiya, organizaciya proizvodstva I oborudovanie. (M: TCNII Elektronika, 1985, 15, 144), 52 p. (in Russ).
9 J.W. Farmer and J.C. Nugent, Mater. Proc. 4th Neutron Transmutat. Doping Conf., (Gaithersburg, Md, 1–3 June, 1982. New York, London, 1984), p. 225–239.
10 N.I. Kuznetsov, FTP 27, 10, 1674-1679, (1993) (in Russ).
11 K. Schmalz, I.N. Yassievich, H. Rucker, and H.G. Grimmeis, Phys. Rev. B 50, 14287-14301, (1994).
12 O. Chretien, R. Apetz, L. Vescan, A. Souifi, H. Luth, K. Schmalz and J.J. Koulmann, J. Appl. Phys. 78, 5439-5447, (1995).
13 V.I. Kozlovskii, Yu.G. Sadofev and V.G. Litvinov, Razryv zon v strukturakh s odinochnoy kvantovoy yamoi Zn1-xCdxTe/ZnTe, vyrashennykh na GaAs (100) epitaksiey iz molekulyarnykh puchkov (T: Izd-vo FTP, 2000, 8), p.998-1003. (in Russ).
14 A. Broniatowski, A. Blosse, P.C. Srivastava and J.C. Bourgoin, Appl. Phys. 54, 2907- 2910, (1983).
15 E.V. Astrova and A.A. Lebedev, FTP 8, 1382-1385, (1985). (in Russ).
16 I.V. Antonova and S.S. Shaimeev, FTP 25, 5, 847-851, (1991). (in Russ).
17 K.P. Aimaganbetov, K.S. Zholdybaev, S.R. Zhantuarov, B.S. Rakhimbaev and N.S. Tokmoldin, Recent Contributions to Physics, 1 (60), 148-156, (2017). (in Russ).
18 X. Boddaert, X. Letartle, D. Stevenard and J. Bourgouin, Add. mater. Process and Devices III-V Compound Semicond.: Symp. (Boston, Nov.28-Dec.2, 1988. 1989, Pittsbur.), p.3-8.
19 H. Von Bardeleben, J. Bourgouin, D. Stevenard and M. Lannoo, Proc. 14th int. symp. (Heraclion 28 Sept.-10 Okt. 1987, 1988), p.399-452.
20 S.M. Zi, Fizika poluprovodnikovykh priborov (Moscow: Izd-vo Mir, v 2-kh t. per s angl., 1984), 456 p. (in Russ).
Downloads
Published
2017-09-25
Issue
Section
Condensed Matter Physics and Materials Science Problems. NanoScience
