Определение времени жизни по стандарту ASTM F. Cтандарт ASTM F28-91 определяет порядок и условия определения обьемного времени жизни носителей в германии и в кремнии.
Эта стандарт основан на измерении спада импульсного тока вызванного импульсной засветкой образца. Другие стандарты измерения времени жизни: 1) DIN 50440/1 “Измерение времени жизни в монокристаллах кремния на основе спада фототока” 2) IEEE Standart 255 “Измерение времени жизни неосновных носителей в кремнии и германии на основе спада фототока ”. Стандарт ASTM F28-91 определяет три типа образцов, применяемых при измерениях. Типы образцов приведены в таблице 2.1. Таблица 2.1. Размеры образцов, применяемых при измерениях.
Тип образца Длина, мм Ширина, мм Высота, мм A 15,0 2,5 2,5 B 25,0 5,0 5,0 C 25,0 10,0 10,0 Таблица 2.2 Максимально допустимые обьемные времена жизни неосновных носителей для разных полупроводников и образцов, m сек. Материал Тип А Тип B Тип C p-тип германий 32 125 460 n-тип германий 64 250 950 n-тип кремний 90 350 1300 р-тип кремний 240 1000 3800 Таблица 2.3. Темп поверхностной рекомбинации для разных полупроводников и типов образцов, Rs, m S -1 . Материал Тип А Тип B Тип C p-тип германий 0,03230 0.00813 0.00215 n-тип германий 0.01575 0.00396 0,00105 n-тип кремний 0,01120 0,00282 0,00075 р-тип кремний 0,00420 0,00105 0,00028 После засветки образца импульсом света напряжение на образце меняется по закону: D V= D V 0 exp(-t/ t f ) (2.1) где: D V – напряжение на образце D V 0 - максимальная амплитуда напряжения на образце t - время t f - измеренное время экспоненциального спада.
В силу нескольких причин экспоненциальная форма сигнала (2.1) может быть искажена.
Это может быть обусловлено как поверхностной рекомбинацией, скорость которой много выше обьемной, так и наличия глубоких уровней, на которых могут захватыватся носители. Устранение влияния поверхностной рекомбинации достигается 2 методами: 1. Использованием длины волны излучения, возбуждающего носители больше 1 мкм (для этого применяются фильтры см. рис. 2.1.) 2. Использование образца соответствующих размеров (см. Таблицу 2.3) Для устранения прилипания носителей используются два метода: 1. Нагревание образца до 70 ° С 2. Фоновая постоянная подсветка образца. Однако при использовании температурного метода необходимо иметь в виду, что время жизни сильно зависит от температуры образца ( ~ 1% на градус). Поэтому при сравнении времен жизни на нескольких образцах необходимо следить, чтобы температурные условия измерений были одинаковы.
Кроме того необходимо удостоверится, что в проводимости учавствуют носители, воникшие в результате возбуждения импульсом света.
Для этого напряжение смещения Vdc, поданное на измеряемый образец должно удовлетворять требованию: Vdc £ (10 6 × Lc × L)/(500 × m × t f ) (2.2) Где : Lc – растояние от края области засветки образца до области контакта, мм L – длина образца, мм t f - измеренное время экспоненциального спада, m S. m подвижность неосновных носителей, см 2 /В × сек Экспоненциальный спад тока фотопроводимости соответствует времени жизни в случае, если уровень инжекции фототока мал в сравнении с уровнем инжекции тока, протекающего под действием потенциала смещения.
Это требование удовлетворено в случае выполнения соотношения: D V 0 /Vdc £ 0.01 (2.3) Если это условие не выполнено, то следует внести поправку в экспоненциальный спад тока фотопроводимости по формуле: t f = t f изм × [ 1- ( D V 0 /Vdc) ] (2.4) Где: t f изм - экспоненциальный спад тока фотопроводимости t f - экспоненциальный спад тока фотопроводимости после внесения поправки После внесения этой поправки объемное время жизни неосновных носителей вычисляется по формуле : t 0 = ( t f -1 – R s ) -1 (2.5) Где R s определяется из таблицы 2.3. Стандартом ASTM F28 – 91 при выполнении вышеперечиленых условий устанавливается погрешность ± 50% для измерений на германиевых образцах и ± 135% для измерений на кремниевых образцах.
Рис. 2.1. Блок схема установки по измерению времени жизни фотоэлектирическим методом. 3.