ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения технологической разработки.

Одним из наиболее перспективных методов лазерной диагностики поверхности полупроводников является метод нелинейного электроотражения (НЭО) . В методе НЭО исследуемая поверхность облучается мощным лазерным излучением. При помощи ФЭУ регистрируется зависимостьi_вг=f(_sc) интенсивности отраженной второй гармоники от потенциала поверхности полупроводника_scотносительно его объема. Одним из основных способов создания потенциала_scи варьирования его величины является электрохимический, при котором исследуемый образец погружается в ячейку и между образцом, также погружаемым в электролит, вспомогательным поляризующим электродом прикладывается регулируемая разность потенциалов.

Недостатком такого способа создания потенциала_scявляется необходимость погружения образца в электрохимическую ячейку с электролитом, что замедляет и усложняет процедуру измерения, а также требует дополнительных технологических операций, связанных с очисткой поверхности образцов. Кроме того, электролит способен влиять на исследуемый объект.

В данной работе предлагается методика создания потенциала_scнепосредственно на воздухе с помощью тока коронного разряда, протекающего между исследуемой поверхностью полупроводниковой пластины и высоковольтным электродом, размещаемым над исследуемым участком. Варьирование величины и знака_scдостигается изменением величины и знака потенциала высоковольтного электродаu_ка измерение_scосуществляется электростатическим вольтметром.

Рис. 1 Схема реализации методики НЭО на воздухе,
с использованием коронного разряда.

1 - заземленный столик; 2 - образец; 3 - лазер; 4 - лазерный пучок -w; 5 - система регистрации ВГ - 2w; 6 - электрод; 7 - ИВН, стабилизированный по току короны.

На рисунке 1. представлена схема осуществления предлагаeмой методики. На полупроводниковый образец 2 от импульсного лазера 3 падает пучок мощного лазерного излучения 4, частотой - . Отраженная вторая гармоника (2) попадает в систему регистрации 5. Над освещаемым участком поверхности на высотеh=1см размещается коронирующий электрод 6, к которому от высоковольтного источника (ИВН) 7 приложен потенциал_scотносительно заземленного объема образца. Электростатический вольтметр 8 измеряет потенциал_scповерхности образца относительно его объема.

При реализации метода НЭО на открытом воздухе необходимо учитывать особенности и характеристики униполярного коронного заряда, специально исследованные ранее. В качестве коронирующего электрода использовалась игла для многозондовой установки с диаметром острия 25 мкм.

Можно выделить три фазы развития коронного разряда по мере роста прикладываемого напряжения при нормальных атмосферных условиях:

1.Зажигание короны, когда свечение заметно при затемнении. При высоте острия над плоскостьюh=1см и нормальном давлении отрицательная корона зажигается приu_к= 2 кВ;

2.Формирование стримеров у острия иглы. Стримеры длиной»0,1мм видны без затемнения. Дляh=1 см вторая фаза наступает приu_к= 5 кВ;

3.Пробой разрядного промежутка представляет собой периодически срывающиеся с острия стримеры. При дальнейшем увеличенииu_кпоявляется светящаяся нитка, соединяющая анод и катод. За критерий пробоя удобно выбрать суммарный ток пробоя, при котором наступает срыв стримеровi_пр100мкА.

Для практического использования способа коронного разряда необходимо знать время установления среднего тока короны. Электроны и ионы дрейфуют в поле иглы со средними скоростями соответственно 2Ч10 ⁷ и 2Ч10⁵см/с. Очевидно, что время установления среднего тока короны по порядку величины соизмеримо со временем пролета иона от иглы до плоскости и составляет~10 мкс.

Зависимость плотности тока короны (при нормальных условиях) от величиныu_кимеет экспоненциальный вид: j ^±= ехр(u_к/А ^±), где = 5,96•10 ^-2 мкА/см ², А ₁⁺ =1,38В, где = 17,4•10 ^-2 мкА/см ²,А ₁^- =1,53В. Зависимость плотности тока короны от горизонтального смещения относительно проекции иглы на образец имеет «колоколообразный» вид. Лазерный пучок направляется в точку проекции иглы на образец, напряжение_scизмеряется в пятне радиусомr=5 мм от проекции иглы на образец, приh= 1 см. При этих условиях поверхность пятнаr=5 мм можно считать эквипотенциальной. Для исключения влияния зависимости тока короны от влажности и давления источник высокого напряжения был стабилизирован по току короны.

С использованием коронного разряда были получены стабильные значения_scв диапазоне от 0 до ± 100 В (для различных толщинsio₂на образце).

Таким образом, применение тока короны в методе НЭО позволило упростить измерения, исключить дополнительные операции и устранить влияние химических реагентов на исследуемый объект. Использование короны позволяет реализовать большие плотности тока (достигать условий вырождения носителей на границе разделаsi-sio₂), которые в случае электрохимической ячейки могут привести к разложению электролита.