Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 22, Numéro 11, novembre 1987
Page(s) 1381 - 1388
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:0198700220110138100
Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 1381-1388 (1987)
DOI: 10.1051/rphysap:0198700220110138100

Nouvelle méthode de profilométrie capacitive des porteurs libres et des centres profonds dans les semiconducteurs

B. Remaki et B. Balland

Laboratoire de Physique de la Matière (LA C.N.R.S. 358), I.N.S.A. de Lyon (Bât. 502), 20 avenue Albert Einstein, 69621 Villeurbanne Cedex, France


Abstract
A new method is described for the determination of impurity profiles in semiconductors. The technique is based on measurement of high frequency C-V characteristics under nonequilibrium conditions, using a fast correlator apparatus. The space charge is controlled only by the free carriers. Their spatial distribution can be obtained for a wide range of conditions, specifically for the case of very high trap concentration and abrupt changes of the spatial distributions of either or both of the trap centres. This method is completed by measurement of classical at-equilibrium high frequency C-V characteristics and a new well adapted analytical formulation of the edge region allow also to get trap concentration profile. After a detailed survey of its limitations, our method is tested with gold-diffused and implanted phosphorus.


Résumé
Nous proposons une nouvelle méthode de profilométrie capacitive des impuretés dans les matériaux semiconducteurs, adaptée aux cas des fortes concentrations de pièges. La procédure expérimentale repose sur la mesure de la caractéristique C-V haute fréquence en régime hors équilibre, à l'aide d'un dispositif corrélateur rapide. L'évolution de la charge d'espace étant contrôlée uniquement par les porteurs libres, la détermination de leur profil de concentration n'est pas faussée par la réponse d'un ou plusieurs niveaux profonds. De plus, la mesure de la caractéristique C-V haute fréquence en situation d'équilibre, et l'élaboration d'une expression analytique nouvelle formulant la largeur de la zone de transition, donnent accès au profil des centres profonds. Après avoir défini le domaine de validité de notre méthode, nous l'avons appliquée dans le cas du silicium monocristallin ayant subi soit une diffusion d'or, soit une implantation ionique de phosphore.

PACS
7220J - Charge carriers: generation, recombination, lifetime, and trapping semiconductors/insulators.
2520 - Semiconductor theory, materials and properties.

Key words
carrier density -- deep levels -- electron traps -- impurity distribution -- semiconductors -- free carrier distribution -- deep trap distributions -- semiconductors -- impurity profiles -- high frequency C V characteristics -- nonequilibrium -- fast correlator -- space charge