Разработка катодолюминесцентных методов изучения физических свойств прямозонных полупроводниковых материалов

• Автор: Поляков, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Калуга
• Количество страниц: 120 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Катодолюминесцентные методы изучения физических

свойств материалов (обзор литературы)

1.1. Формирование катодолюмшгсецентного излучения и.некоторые расчётные модели

1.2. Экспериментальная реализация методов катодолюминесцентной микроскопии и их использование для изучения полупроводников

1.3. Некоторые методы получения оценок параметров моделей

физических процессов и явлений

1.4. Выводы к главе 1 и постановка задач исследования

2. Оценка электрофизических параметров прямозонных полупроводниковых материалов в катодолюминесценцент-ной микроскопии при возбуждении излучения широким электронным пучком
2.1. Математическое моделирование
2.1.1. Выбор начального приближения в задаче получения оценок одновременно нескольких электрофизических параметров нрямозонных полупроводников
2.1.2. Реализация вычислений при расчёте зависимости интенсивности катодолюминесценции от энергии электронов пучка
2.1.3. Одновременная оценка диффузионной длины неосновных носителей заряда и глубины приповерхностной области, обеднённой основными носителями заряда
2.2. Экспериментальные исследования арсенида галлия
2.2.1. Экспериментальная установка

2.2.2. Оценка электрофизических параметров монокристал-
личеекого арсенида галлия
2.3. Выводы к главе
3. Оценка электрофизических параметров прямозонных полупроводниковых материалов в катодолюминесцентной микроскопии при возбуждении излучения остро сфокусированным электронным пучком
3.1. Математическое моделирование диффузии и катодолюми-несценции экситонов
3.1.1. Постановка задачи
3.1.2. Распределение экситонов в материале в стационарном случае
3.1.3. Распределение экситонов в материале в нестационарном случае
3.1.4. Кинетика катодолюминесценции из круглого отверстия в непроницаемой для излучения маске
3.2. Экспериментальные исследования полупроводниковых материалов
3.2.1. Экспериментальная установка
3.2.2. Оценка электрофизических параметров нитрида галлия
3.2.3. Оценка электрофизических параметров многослойной гетероструктуры /ЪпО
3.3. Выводы к главе
Общие выводы и заключение
Литература

Введение
Актуальность работы. Особенностью современного этапа развития микро- и наноэлектроники является переход к промышленному использованию микроструктур с размерами элементов в десятые, а в некоторых измерениях и в сотые доли микрометра. Существующие в настоящее время наиболее совершенные методы изучения и локальной диагностики физических свойств таких материалов (растровая электронная микроскопия, рентгеноспектральный микроанализ, масс-спектрометрия вторичных ионов н некоторые др.) базируются на физических явлениях взаимодействия заряженных частиц и жесткого электромагнитного излучения с твёрдым телом. Возможности дальнейшего совершенствования этих методов во многом ограничиваются физическими параметрами этих процессов (длинами пробегов частиц, глубиной выхода вторичных излучений и т.д.), а размер области, из которой регистрируется информативный сигнал, но порядку величины совпадает с минимальными размерами элементов, свойства которых следует изучить. В силу этого для получения корректных результатов измерений физических параметров таких материалов важную роль играют как условия реализации экспериментальных измерений, так и способы обработки полученных при этом данных.
При изучении материалов полупроводниковой микро- и наноэлектронп-ки одним из наиболее широко применяемых методов элсктроннозондового анализа является метод катодолюмннесцснтной (КЛ) микроскопии, позволяющий получать информацию (как качественную — состав материала, наличие или отсутствие определённых центров излучательиой или безыз-лучательной рекомбинации, кристаллическая структура, степень деформации и др.; так и количественную — значения физических параметров материала, толщины слоев, температура и др.) о физических свойствах объекта исследования, которую зачастую затруднительно или невозможно получить иными способами. Дополнительными преимуществами этого метода являются относительная простота реализации измерений (например, нет необходимости в установке на образец дополнительных электрических контактов) и во многих случаях низкий уровень деформации и разрушения образцов ввиду малости испытываемого воздействия. Поэтому совершен-

1.4. Выводы к главе 1 и постановка задач исследования
Анализ имеющихся литературных данных позволяет сделать вывод о наличии довольно значительного числа работ, в которых в большей или меньшей степени освещены вопросы, связанные с количественными исследованиями ирямозонных полупроводников методами КЛ микроскопии. Во многих работах отмечается, что проведение количественных исследований в КЛ микроскопии требует одновременного рассмотрения возникающих (весьма сложных) физических и математических задач. Корректное решение физической части проблемы связано прежде всего с созданием математической модели рассматриваемого явления или процесса и проведением физического эксперимента; математическая часть проблемы связана с задачами планирования эксперимента и обработкой полученных результатов. Но при этом, как правило, в этих работах недостаточно рассматриваются вопросы планирования эксперимента и обработки полученных результатов КЛ измерений, а также математические аспекты практической реанизацпи разработанных моделей.
В частности, для модели КЛ излучения, возбуждаемого в нрямозон-ном полупроводниковом материале, для случая генерации ННЗ широким электронным пучком и их линейной излучательной рекомбинации не проведена оценка возможностей использования этой модели для одновременной идентификации нескольких электрофизических параметров мишеней. Также не были рассмотрены вопросы реализации и оптимизации вычислений при проведении необходимых для этого расчётов.
Кроме этого, в имеющихся работах не представлено математической модели, описывающей диффузию и КЛ экситонов, генерированных остро сфокусированным электронным пучком в КЯ многослойной полупроводниковой гетероструктуры, позволяющей корректно изучать физические свойства таких гетероструктур при реализации время-пролетных КЛ измерений.
В связи с вышеизложенным в качестве основной целы настоящей работы поставлена следующая задача: развитие и разработка количественных