Спектроскопия термостимулированного тока - Thermally stimulated current spectroscopy

Термостимулированный ток (TSC) спектроскопия (не путать с ток термостимулированной деполяризации ) - экспериментальный метод, который используется для изучения уровни энергии в полупроводники или же изоляторы (органические или неорганические). Уровни энергии сначала заполняются либо оптической, либо электрической инжекцией, обычно при относительно низкой температуре, затем электроны или дырки испускаются путем нагрева до более высокой температуры. Кривая излучаемого тока будет записана и нанесена на график в зависимости от температуры, в результате чего будет получен спектр TSC. Анализируя спектры TSC, можно получить информацию об уровнях энергии в полупроводниках или изоляторах.

Движущая сила требуется для протекания выброшенных носителей при повышении температуры пробы. Эта движущая сила может быть электрическое поле или температурный градиент. Обычно в качестве движущей силы используется электрическое поле; однако ловушки для электронов и ловушки для дырок не различимы. Если в качестве движущей силы принят температурный градиент, ловушки для электронов и дырок можно отличить по знаку тока. TSC на основе температурный градиент также известна как «Спектроскопия термоэлектрического эффекта» (TEES) по словам двух ученых (Santic и Desnica) из бывшихЮгославия; продемонстрировали свою технику на полуизоляционных арсенид галлия (GaAs). (Примечание: TSC на основе температурный градиент был изобретен до Santic и Desnica и применялся для изучения органических пластических материалов. Однако Santic и Desnica применили TSC на основе температурного градиента для изучения технологически важного полупроводникового материала и придумали для него новое название TEES.)

Исторически сложилось так, что Фрей и Грёцингер опубликовали статью на немецком языке в 1936 году под названием «Высвобождение электрической энергии при синтезе электретов» (английский перевод оригинального названия на немецком языке). Это может быть первая статья о TSC. До изобретения нестационарная спектроскопия глубокого уровня (DLTS), спектроскопия термостимулированного тока (TSC) была популярным методом исследования ловушек в полупроводниках. В настоящее время для ловушек в Диоды Шоттки или же p-n переходы, DLTS - стандартный метод изучения ловушек. Однако у DLTS есть важный недостаток: его нельзя использовать в качестве изоляционного материала, а TSC можно применить в такой ситуации. (Примечание: изолятор можно рассматривать как полупроводник с очень большой запрещенной зоной.) Кроме того, стандартный метод DLTS, основанный на переходной емкости, может быть не очень хорош для исследования ловушек в i-области штыревого диода, в то время как переходный ток основан на DLTS (I-DLTS) может быть более полезным.

TSC был использован для изучения ловушек в полуизолирующих арсенид галлия (GaAs) подложки. Его также применяли к материалам, используемым для детекторы частиц или же полупроводниковые детекторы используются в ядерных исследованиях, например, высокоомные кремний, теллурид кадмия (CdTe) и т. Д. TSC также применялся для различных органических изоляторов. TSC полезен для электрет исследование. Более совершенные модификации TSC были применены для изучения ловушек в ультратонких диэлектрик high-k тонкие пленки. В. С. Лау (Лау Вай Шинг, Республика Сингапур ) приложил термостимулированный ток с нулевым смещением или термостимулированный ток с нулевым градиентом температуры и нулевым смещением к сверхтонким пятиокись тантала образцы. Для образцов с некоторыми мелкими ловушками, которые можно заполнять при низкой температуре, и некоторыми глубокими ловушками, которые можно заполнять только при высокой температуре, может быть полезен TSC с двумя сканированиями, как было предложено Лау в 2007 году. оксид гафния.

Метод TSC используется для исследования диэлектрических материалов и полимеров. Были выдвинуты различные теории для описания кривой отклика для этого метода с целью вычисления параметров пика, а именно энергии активации и времени релаксации.

Рекомендации

  • фон Генрих Фрей и Герхарт Гретцингер, «Высвобождение электрической энергии при синтезе электретов» (английский перевод оригинального названия на немецком языке), Physikalische Zeitschrift, vol. 37, стр. 720–724 (октябрь 1936 г.). (Примечание: это может быть первая публикация по термостимулированному току.)
  • Šantić, B .; Десница, У. В. (25 июня 1990 г.). «Спектроскопия термоэлектрического эффекта глубоких уровней - приложение к полуизолирующему GaAs». Письма по прикладной физике. Издательство AIP. 56 (26): 2636–2638. Дои:10.1063/1.102860. ISSN  0003-6951.
  • W.S. Lau, «Методика термостимулированного тока с нулевым градиентом температуры и нулевым смещением для характеристики дефектов в полупроводниках или изоляторах», патент США 6909273, поданный в 2000 г. и выданный в 2005 г.
  • Lau, W. S .; Вонг, К. Ф .; Хан, Тэджун; Сандлер, Натан П. (24 апреля 2006 г.). «Применение термостимулированной токовой спектроскопии с нулевым градиентом температуры и нулевым смещением для определения характеристик сверхтонких диэлектрических пленок с высокой диэлектрической проницаемостью». Письма по прикладной физике. Издательство AIP. 88 (17): 172906. Дои:10.1063/1.2199590. ISSN  0003-6951.
  • Лау, В. С. (28 мая 2007 г.). «Сходство между первым ионизированным состоянием двойного донора вакансии кислорода в оксиде тантала и первым ионизированным состоянием двойного акцептора вакансии кадмия в сульфиде кадмия». Письма по прикладной физике. Издательство AIP. 90 (22): 222904. Дои:10.1063/1.2744485. ISSN  0003-6951. (Примечание: в этой статье описывается двухсканционная термостимулированная токовая спектроскопия.)
  • Юсиф, М. Ю. А .; Johansson, M .; Энгстрем, О. (14 мая 2007 г.). «Чрезвычайно малые поперечные сечения захвата отверстий в HfO2 / HfИксSiуОz / p-Si структуры ». Письма по прикладной физике. Издательство AIP. 90 (20): 203506. Дои:10.1063/1.2740188. ISSN  0003-6951.