time_life (Определение времени жизни носителей в высокоомном кремнии. Влияние времени жизни на параметры высоковольтных приборов на кремнии), страница 2
Описание файла
Документ из архива "Определение времени жизни носителей в высокоомном кремнии. Влияние времени жизни на параметры высоковольтных приборов на кремнии", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физика" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "рефераты, доклады и презентации", в предмете "физика" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "time_life"
Текст 2 страницы из документа "time_life"
Где :
Lc – растояние от края области засветки образца до области контакта , мм
L – длина образца , мм
f - измеренное время экспоненциального спада, S.
- - подвижность неосновных носителей, см2/Всек
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:
V0/Vdc 0.01 (2.3)
Если это условие не выполнено, то следует внести поправку в экспоненциальный спад тока фотопроводимости по формуле:
f = f изм[ 1- (V0/Vdc) ] (2.4)
Где:
f изм - экспоненциальный спад тока фотопроводимости
f - экспоненциальный спад тока фотопроводимости после внесения поправки
После внесения этой поправки объемное время жизни неосновных носителей вычисляется по формуле :
0 = (f-1 – Rs)-1 (2.5)
Где Rs 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. Механизмы рекомбинации
По виду передачи энергии рекомбинирующих частиц различают три основных типа рекомбинации.
-
Рекомбинация называется излучательной, или фотонной, если энергия рекомбинирующих частиц выделяется в виде энергии фотона.
-
Если энергия частицы передаётся решетке (фононам) , то рекомбинация называется безизлучательной, или фононной.
-
Одним из видов безизлучательной рекомбинации является ударнaя ионизация ( процессы Оже ), когда энергия рекомбинирующих частиц передается третьей частице , которая благодаря этому становиться “горячей”. “Горячая” частица в результате нескольких столкновений передает свою энергию фононам.
Помимо этих трех основных механизмов, энергия рекомбинирующих частиц может передаваться электронному газу ( плазменная рекомбинация ). Если электрон и дырка образуют в качестве промежуточного состояния экситон, то такая рекомбинация носит название экситонной.
Фотонная, фононная и рекомбинация Оже могут протекать по разному в зависимости от механизма перехода электрона из зоны проводимости в валентную зону. Если частицы рекомбинируют в результате непосредственной встречи электрона и дырки, то такая рекомбинация называется прямой, или межзонной. Прямая рекомбинация играет роль в полупроводниках с малой шириной запрещенной зоны порядка 0,2 – 0,3 эВ и меньше.
Если ширина запрещенной зоны больше 0,5 эВ , то рекомбинация происходит через локализованные состояния , лежащие в запрещенной зоне. Эти сосстояния обычно называются рекомбинационными ловушками.
Предположим, что в полупроводнике имеются дефекты уровни энергии которых лежат в запрещенной зоне , а уровень энергии Et не занят электроном (дыркой). Возможен целый ряд процессов, схематически изображенных на
Рис. 3.1.
Рис. 3.1. Схемы рекомбинации носителей. Ес –дно зоны проводимости, Et – уровень в середине запрещённой зоны, Еv – уровень валентной зоны.
а)- нейтральный дефект захватывает свободную дырку
б)- отрицательно заряженый дефект отдает электрон в зону проводимости. Таким образом, электрон , побыв некоторое время
на уровне дефекта, вновь становится свободным. Если дефект с уровнем энергии Et осуществляет захват свободных электронов с последующим их освобождением , то он называется ловушкой захвата электрона;
в)- нейтральный дефект захватывает свободную дырку ( отдает электрон валентной зоне);
г)- положительно заряженый дефект захватывает электрон из валентной зоны; такой дефект называется ловушкой захвата дырки;
д)- захватив электрон из зоны проводимости, отрицательно заряженый дефект захватывает свободную дырку – отдаёт захваченый электрон в валентную зону. Происходит процесс рекомбинации пары электрон - дырка;
е)- захватив свободную дырку, положительно заряженый дефект захватывает свободный электрон, превращаясь в нейтральный дефект. Происходит процесс рекомбинации свободной пары электрон – дырка.
Захват носителей заряда не влияет на стационарное время жизни,
но оказывает влияние на мгновенное время жизни. Освобождение захваченного носителя заряда может быть вызвано тепловым перебросом.
В некоторых случаях это происходит в результате подсветки.
4. Выводы
В связи с бурным развитием силовой электроники в последнее время проявляется повышенный интерес к высокоомному кремнию. Высокоомный кремний является материалом для таких приборов как IGBT, GTO, IGCT, MCT. Поэтому контроль времени жизни в кремнии, возможность его регулирования в заданных пределах предсталяет большой практический интерес.
Литература:
1. W.L. Engl, R. Laur and K. Dirks, IEEE, CAD-1,85, 1982
2. Technology Modeling Associates. Inc.Palo Alto,California. USA, MEDICI user’s manual. March 1992
3. W. Van Robosbroek, Bell System Technical Journal, 29 , 560 , 1950
4. W. Shokley and T.W. Read, Physical Review 87, pp. 835-842, 1952 ; R. N. Hall, Physical Review 87, 387, 1952.
5. M. S. Tiyagi, R. Van Oberstaen, Minority carrier recombination in in heavily doped silicon. Solid State Elrctronics, Vol. 26, No. 6, pp. 577-597, 1983
6. A.G. Milnes, Deep Impurities in Semiconductors, Wiley, New York, 1973.
7. I.V. Grekhov, N.N Korotkov and A.E. Otbelsk, Soviet Physics Semicond., 12, 184 , 1977.
8. J. M. Dorkel, Ph. Lecturcq, Solid – State Electronics, Vol. 24, pp. 821 –825, 1981.
9. Y.G. Gerstenmaier, Proc. Of the 6th Internat. Symposium on Power
Semiconductor Devices & IC’s, Davos, Switzerland, May 31 – June2, pp. 271 –274 ,1994
10. Ichiro Omura and Akio Nakagava, Proc. Of 1995 ISPSD, pp. 422-426, 1995, Yokohama.
11. Olof Tornblad et al, Proc. Of 1995 ISPSD, pp. 380-384, 1995, Yokohama.
12. Thomas Flohr and Reinhard Helbig, IEEE Transactions on Electron Devices Vol. 37, No. 9 Sept., pp. 2076-2079, 1990.
13. Shinji Aono, Tetsuo Takahashi, Katsumi Nakamura, Hideki Nakamura, Akio Uenishi, Masana Harada. A simple and effective lifetime evaluation method with diode test structures in IGBT. // IEEE Trans. On Electron. Dev. n.2, pp. 117-120, 1997.
14. Годовой отчет по интеграционному проекту. ИФП СО РАН, 1997.
15. M. W. Huppi, Proton irradiation of silicon : Complete electrical characterization of the induced recombination centers, Jour. Applied Physics, vol. 68, pp 2708-2707, 1990.
16. Simon Eicher, Tsuneo Okura, Koichi Sugoyama, Hideki Ninomiya, Hiromichi Ohashi, Advanced Lifetime Control for reducing turn-off swithing losses of 4.5 kV IEGT devices, Proc. Of 1998 International Symposium on Power Srmiconductor Devices & IC’s, Kyoto, 1998.
17. Яновская С.Г., Реферат “ Формирование и геттерирующие свойства нитридных преципитатов в слоях Si, имплантированных ионами азота.”, ИФП СО РАН, 1997.