karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima
TRANSCRIPT
![Page 1: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/1.jpg)
Karakterizacija električki aktivnih defekata u
poluvodičimaLuka Bakrač
![Page 2: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/2.jpg)
• Poluvodiči i zašto su važni
• Fizika poluvodiča i defekata
• Schottky dioda
• Tranzijentna spektroskopija
• Eksperimentalna metoda - uzorci
• Rezultati – utjecaj zračenja
![Page 3: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/3.jpg)
Poluvodiči
• Elektronika
• Laserske diode
• Solarne ćelije
• Detektori (zračenja)
![Page 4: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/4.jpg)
Defekti kristalne rešetke
![Page 5: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/5.jpg)
Fizika poluvodiča
• Vodljiva i valentna vrpca• Periodičnost kristalne rešetke
• Nivoi unutar energetskog procjepa• Narušena periodičnost rešetke
![Page 6: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/6.jpg)
Fizika poluvodiča
• Uhvati i emisije • (vjerojatnosti u jedinici vremena)• Elektroni (cn, en)• Šupljine (cp, ep)
• Popunjenost ovisi o Fermi-Diracovoj raspodjeli
Vremenska promjena
popunjenosti dubokog nivoa
![Page 7: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/7.jpg)
Rješenja diferencijalne jednadžbe (n-tip)
t
t
nT(t)
nT(t)
Popunjenost
dubokih nivoa
![Page 8: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/8.jpg)
Temperaturna ovisnost emisije elektrona
![Page 9: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/9.jpg)
Schottky dioda
• Spoj metala i poluvodiča
• Potencijalna barijera Φbi (ili Vbi) I(V)
V
![Page 10: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/10.jpg)
Kapacitet diode
Područje
osiromašenja
WD
![Page 11: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/11.jpg)
Tranzijentna spektroskopija (DLTS)
Koncentracija naboja
Kapacitet
![Page 12: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/12.jpg)
Određivanje emisije
• Inverzni Laplace transformat• Numerička metoda
• Zahtjeva nizak šum
• Vremenski prozor• Razlika vrijednosti kapaciteta u
dvije fiksne vremenske točke
![Page 13: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/13.jpg)
Uzorci
![Page 14: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/14.jpg)
• Neozračeni
• Ozračeni ionima
• 2MeV helij
• 7.5MeV ugljik
• 20MeV kisik
• CRIEPI• Central research institute of
electric power industry, Japan
• ANSTO• Australian nuclear science and
technology organisation
![Page 15: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/15.jpg)
Eksperimentalni postav
![Page 16: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/16.jpg)
Rezultati
![Page 17: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/17.jpg)
Strujno-naponska karakteristika
• Dobra karakteristika svih dioda
• Otpornost na zračenje
• Niska reverzna struja
• < 1pA
• Veće doze pokazuju veći serijski otpor
• Određen Nordeovom metodom
![Page 18: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/18.jpg)
Kapacitivno-naponska karakteristika
• Neozračen uzorak posjeduje linearnu karakteristiku
• Ozračeni posjeduju „koljena”• Kompenzacija nosioca naboja
• Izvan kompenzacije koncentracija naboja oko razine dopiranja 5∙1014cm-3
![Page 19: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/19.jpg)
Dubinski profil slobodnih nosioca naboja
• Predviđanje• SRIM (Transport of ions in matter)
• Monte Carlo simulacije
• Eksperiment
![Page 20: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/20.jpg)
Dubinski profil slobodnih nosioca naboja
![Page 21: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/21.jpg)
Tranzijentna spektroskopija
• Neozračen uzorak• Uočen jedan duboki nivo
energije 0.69eV ispod vodljive vrpce
• Iz literature je poznat kao vakancija ugljika
![Page 22: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/22.jpg)
Simulacija tranzijentne spektroskopije
• Može se uočiti dobro poklapanje osim što je eksperimentalni vrh nešto širi• Uzrok su dva vrha sličnih energija u
spektru
• U literaturi određene energije 0.55eV i 0.69eV ispod vodljive vrpce
• Isti defekt na različitim točkama kristalne rešetke
![Page 23: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/23.jpg)
Uzorci ozračeni
ionima helija energije 2MeV
![Page 24: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/24.jpg)
Uzorci ozračeni
ionima ugljika energije 7.5MeV
![Page 25: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/25.jpg)
Uzorci ozračeni
ionima kisika energije 20MeV
![Page 26: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/26.jpg)
Rezultat analiziranih nivoa
EC-ET
EC
EC-EG/2
• U svim uzorcima prisutan je Z12 (0.7eV)
• U svim ozračenim uzorcima prisutni su EH1 (0.4eV) i EH3 (0.7eV)• Intrinzični defekti
• U uzorcima ozračenim ugljikom prisutni su nepoznati nivoi
![Page 27: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/27.jpg)
Zaključak
• Proučena je osnovna karakterizacija poluvodičkih dioda
• I-V, C-V karakteristike
• Dolazi do kompenzacije naboja u slaganju s teorijom
• Silicij karbid pokazuje dobru otpornost na zračenje
• Karakterizirani su duboki nivoi uneseni zračenjem
• Riječ je o intrinzičnim defektima
• Tri nivoa su poznata iz literatura, a uočena su i tri nova (nepoznata porijekla)
![Page 28: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/28.jpg)
Hvala
![Page 29: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/29.jpg)
Dodatak
• Literatura
• Malo detalja oko fizike poluvodiča i dioda
• Primjer određivanja serijskog otpora diode
• Tablica doza ozračenih uzoraka
• Tablica strujnih karakteristika
• Tablica svih analiziranih dubokih nivoa
• Tablica vremenskih prozora
• Ovisnost koncentracije dubokog nivoa o dozi zračenja
• Propusno polarizirane strujne karakteristike
• Ovisnost širine područja osiromašenja o reverznom naponu
![Page 30: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/30.jpg)
Literatura
• http://info.ifpan.edu.pl/Dodatki/WordPress/laplacedlts/
• J. B. Casady, R. W. Johnson, Solid State Electron 39, 1409 (1996)
• D. K. Schroder, Semiconductor material and device characterization, 3rd ed. (John Wiley & sons, INC., 2006)
• S.M. Sze, Physics of Semiconductor Devices, 3rd ed. (John Wiley & sons, INC., 2006)
• L. G. et al., Materials Science-Poland 23 (2005)
• A.R .Peaker, V.P. Markevich, J. Coutinho, Journal of Applied Physics 123, 161559 (2018)
• L. Romano, V. Privitera, C. Jagadish, Defects in Semiconductors (Semiconductors and Semimetals), 1st ed., Vol. 91 (Academic Press, 2015)
• Capan et al, Journal of Applied Physics 124, 245701 (2018)
• Ž. Pastuović, Journal of Physics: Condensed Matter 29, 475701 (2017)
• B. Zippelius, J. Suda, T. Kimoto, Journal of Applied Physics 111, 033515 (2012)
![Page 31: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/31.jpg)
Formule
![Page 32: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/32.jpg)
Norde metoda određivanja serijskog otpora
![Page 33: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/33.jpg)
Tablica doza ozračenih uzoraka
![Page 34: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/34.jpg)
Tablica strujnih karakteristika dioda
![Page 35: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/35.jpg)
Tablica svih analiziranih dubokih nivoa
![Page 36: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/36.jpg)
Tablica vremenskih prozora
![Page 37: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/37.jpg)
Ovisnost koncentracije dubokog nivoa o dozi zračenja
![Page 38: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/38.jpg)
Propusno polarizirane strujne karakteristike
![Page 39: Karakterizacija električki aktivnih defekata u poluvodičima](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022012703/61a505e32cf62443f8365f94/html5/thumbnails/39.jpg)
Ovisnost širine područja osiromašenja o reverznom naponu