6. Задание по работе

1. Измерить спектральную зависимость фототока Результаты занести в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Результаты измерений

2. Измерить ВАХ фототранзистора для двух значений длин волн, задаваемых преподавателем. Результаты измерений занести в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Результаты измерений

3. Определить спектральную зависимость фотопроводимости в относительных единицах

где — величина фототока при определенной длине волны излучения; — максимальное значение фототока.

Результаты измерений занести в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Результаты измерений

4. Построить по данным измерений зависимость фототока от освещенности, величина которой представляется в относительных единицах где — ширина выходной щели монохроматора;

5. Построить ВАХ фототранзистора для двух длин волн

6. Определить ширину запрещенной зоны полупроводника, воспользовавшись для этого спектральным положением максимума фотопроводимости

где — ширина запрещенной зоны.

7. Содержание отчета

1. Краткие теоретические сведения о фотопроводимости.

2. Структурная схема установки.

3. Таблицы с результатами измерений, графические зависимости.

4. Анализ полученных результатов, сравнение с литературными данными.

8. Литература

1. Спектрофотометр монохроматический СФ-26. Техническое описание.

2. Оптические методы контроля интегральных микросхем / Под ред. Л. Г. Дубовицкого. — М. : Радио и связь, 1982.

3. Павлов П. В., Хохлов А. Ф. Физика твердого тела. — М. : Высшая школа, 2000.

Лабораторная работа №4. Изучение конструкции и основных принципов работы лазерного эллипсометрического микроскопа

1. Цель работы

Цель работы — ознакомление с эллипсометрическими методами контроля параметров структур «диэлектрик–полупроводник» и изучение конструкции и основных принципов работы лазерного эллипсометрического микроскопа.

2. Общие сведения

2.1. Эллипсометрические методы контроля параметров структур «диэлектрик–полупроводник»

Рассмотрим плоскополяризованный луч монохроматического света, падающий под углом на поверхность полупроводника (рис. 4.1). Вектор амплитуды электрического поля падающего луча может быть разложен на составляющую параллельную плоскости падения, и — нормальную плоскости падения. Составляющие вектора электрического поля отраженного луча в общем случае меняют свою амплитуду и фазу. Вследствие комплексного характера преломления полупроводника между и компонентами вектора возникает разность фаз, и луч становится эллиптически поляризованным, т.е. конец вектора описывает эллипс в плоскости, нормальной к направлению распространения луча.

При наличии на отражающей поверхности тонкой диэлектрической пленки в ней происходит дополнительный сдвиг фаз между лучом, отраженным от верхней границы диэлектрика, и лучом, отраженным от поверхности полупроводника.

Рис. 4.1. Плоскополяризованный луч монохроматического света, падающий на поверхность полупроводника

Состояние эллиптической поляризации можно однозначно определить двумя эллипсометрическими параметрами и Первый эллипсометрический параметр определяется из соотношения

(4.1)

где и — коэффициенты отражения для p- и s-компонентов.

Параметр есть относительная разность фаз между p- и s-компонентами, возникшая вследствие отражения от рассматриваемой структуры. При этом считается, что падающий луч линейно поляризован, т.е. фазы p- и s-компонентов совпадают.

Фундаментальное уравнение эллипсометрии записывается следующим образом:

(4.2)

где — отношение комплексных коэффициентов отражения и

Функция является функцией многих параметров:

Поскольку состояние поляризации света характеризуется двумя параметрами и то из измерений можно также определить два параметра. Например, для полупроводника, покрытого диэлектрической пленкой, можно определить параметры пленки и зная оптические константы полупроводника и при данной длине волны и угле падения

С помощью ЭВМ были проведены расчеты для углов падения и и мкм и для различных значений (в пределах от 1,1 до 3,0) и (в пределах от 0 до 3000 А). По результатам расчета были построены -диаграммы и зависимости и Диаграммы используют в тех случаях, когда величина неизвестна. Определив и по -диаграмме, можно определить и Если величина заранее известна, то используют кривые и позволяющие более точно определить толщину пленки.

Оптическая схема лазерного эллипсометра представлена на рис. 4.2.

Pис. 4.2. Оптическая схема лазерного эллипсометра: 1 — источник монохроматического излучения, лазер; 2 — четвертьволновые пластины; 3 — поляризатор; 4 — исследуемый образец; 5 — анализатор; 6 — фотоприемник

Монохроматическое излучение лазера 1 проходит через четвертьволновые пластины 2 и поляризатор 3 и, отражаясь от полупроводниковой пластины 4, проходит через анализатор 5 и поступает в фотоприемник 6.

Поляризатор, анализатор и четвертьволновая пластинка установлены на лимбах, позволяющих фиксировать их угол поворота относительно плоскости падения луча света. С помощью вращения двух из трех связанных с лимбами элементов поляризатора и анализатора добиваются погашения отраженного от образца луча на выходе индикатора. После этого отсчитывают на лимбах углы поворота вращательных элементов и по значениям этих углов определяют по соответствующим формулам параметры и По величинам и из диаграмм определяют коэффициент преломления и толщину диэлектрической пленки