Spektroskopia poziomów energetycznych defektów
Z Wikipedii, wolnej encyclopedia
Spektroskopia poziomów energetycznych defektów (DLTS z ang. Deep Level Transient Spectroscopy[1]) jest techniką doświadczalną do badania aktywnych elektrycznie defektów w materiałach półprzewodnikowych. Technika ta pozwala wyznaczyć koncentrację defektów w badanym materiale oraz parametry fizyczne defektu takich jak wartość poziomu energetycznego w przerwie wzbronionej półprzewodnika oraz tak zwany przekrój czynny na złapanie nośnika prądu.
Techniką DLTS mogą być badane defekty obecne w warstwie ładunku przestrzennego prostych urządzeń elektronicznych takich jak dioda p-n czy Dioda Schottky’ego. W czasie pomiaru polaryzacja zaporowa złącza jest zmniejszana na czas krótkiego impulsu. To zmniejszenie napięcia zmniejsza również pole elektryczne w złączu, co umożliwia swobodnym nośnikom prądu napłynięcie z objętości półprzewodnika i obsadzenie defektów obecnych w złączu urządzenia. Po impulsie, gdy napięcie powraca do wartości wyjściowej, defekty zostają w sposób niestabilny obsadzone nośnikami prądu. Defekty powracają do stanu równowagi termodynamicznej poprzez emisję termiczną zapułapkowanych nośników prądu do pasma przewodnictwa lub walencyjnego półprzewodnika. W technice DLTS zmiany stanu ładunkowego defektów w obszarze zubożonym złącza obserwowane są poprzez pomiar jego pojemności elektrycznej. Proces załadowywania defektów impulsem napięciowym oraz następująca po tym emisja zapułapkowanych nośników powtarzane są cyklicznie, co umożliwia stosowania technik fazoczułych (woltomierz homodynowy, woltomierz lock-in) do analizy kinetyk relaksacji pojemności złącza.
Technika DLTS charakteryzuje się niezwykle wysoką czułością pomiarową. Przykładowo, dla typowego półprzewodzącego krzemu jest w stanie wykryć defekty lub zanieczyszczenia w koncentracji na poziomie jeden atom na 1012 atomów sieci krystalicznej. Ta własność w połączeniu ze stosunkowo prostą i tanią konstrukcją sprzętu uczyniła z DLTS-u jedno z najbardziej popularnych narzędzi diagnostycznych do badania jakości materiałów półprzewodnikowych.
Technika DLTS została zaproponowana przez D. V. Langa z Bell Labs w 1974[2]. Lang posiada od 1975 patent USA[3] na pewne rozwiązania techniczne wykorzystywane początkowo do konstrukcji spektrometrów DLTS.