[发明专利]光激发微分电容法测定低背景载流子浓度的方法

摘要

本发明公开了一种半导体材料器件中低背景载流子浓度的测定方法，包括步骤：测量待定区域表面的平带电压和光激发条件下的微分电容响应，待测定及邻近区域的数值建模，比较数值模型拟合和实际测量的待测定区域光激发条件下表面微分电容确定平衡载流子浓度。该方法适用于具有复杂结构的半导体材料或器件中背景载流子浓度低于1015cm-3特定功能区域的精确测定，并且能够对集成或阵列器件中单个微观区块实施检测。

主权项

一种光激发微分电容法测定半导体材料器件中低背景载流子浓度的方法，其特征在于包括以下步骤：1.)在半导体材料或器件的表面或侧壁制备形成薄介电层覆盖的平整表面，其中介电层厚度不超过1纳米，覆盖区域包含载流子浓度待测定的区域；2.)以连接待测定区域的欧姆电极为公共电极，测量薄介电层覆盖平整表面的二维微分电容显微分布，依据该二维分布确定待测定区域的范围；3.)在暗背景下测量载流子浓度待测定区域中心处微分电容与直流偏压的关系曲线，依据该关系曲线确定待测定区域表面平带偏压VFB和表面强反型临界偏压VT；4.)测量并记录不同光激发强度下待测定区域中心处的微分电容信号；调节直流偏置电压，直至微分电容信号的极性在激发强度变化范围内发生反转，确定一定直流偏压下微分电容信号趋零时的光激发功率密度阈值；5.)利用器件模拟软件，根据半导体材料或器件的实际结构及参数，建立待测定区及其邻近区域的数值模型；6.)设定一待测定区域平衡载流子浓度的初值，计算其费米能级位置；7.)依据费米能级位置、表面平带偏压VFB和强反型临界偏压VT，推算一定平衡载流子浓度初值下待测定区域的表面电势eφS，eq.；8.)在数值模型中的待测定区域加入表面固定电荷，拟合推算得的表面电势；9.)利用计入表面电势的数值模型拟合待测定区域在不同光激发强度下近表面和体内的非平衡载流子分布，其中直流偏压条件与步骤4调节设定的值相同；10.)依据非平衡载流子分布计算在所设偏压和光激发条件下待测定区域的表面微分电容；11.)依据计算得的表面微分电容与光激发强度的关系，推定一定平衡载流子浓度初值条件下，待测定区域表面微分电容趋零时的光激发功率密度；12.)改变平衡载流子浓度的初值，重复步骤6至步骤11，依据数值拟合和推算，得到不同平衡载流子浓度下待测定区域表面微分电容趋零时的光激发功率密度；13)依据推算获得的待测定区域表面微分电容趋零时的光激发功率密度与平衡载流子浓度的关系以及步骤4测得的实际光激发功率密度阈值，确定半导体材料或器件待测定区域的平衡载流子浓度；14)对2个及以上的载流子浓度待测定区域重复步骤1至步骤13，或步骤2至步骤13，直至完成所有区域的载流子浓度测定。