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Dissertation

Autor(en): Wolfgang Gräfe
Titel: Untersuchung von Halbleiteroberflächen im stationären Nichtgleichgewicht durchgeführt an Germanium
Gutachter: J. Auth; E. Gutsche; H. Flietner
Erscheinungsdatum: 19.12.2011
Volltext: pdf (urn:nbn:de:kobv:11-100197583)
Fachgebiet(e): Physik
Schlagwörter (ger): Germanium, Halbleiteroberflächen, stationärer Nichtgleichgewichtzustand, Termanalyse, Übergangswahrscheinlichkeiten
Schlagwörter (eng): Semiconductor surfaces, Germanium, stationary non-equilibrium state, analysis of surface terms, transition probabilities
Einrichtung: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Lizenz: Namensnennung (CC BY)
Zitationshinweis: Gräfe, Wolfgang: Untersuchung von Halbleiteroberflächen im stationären Nichtgleichgewicht durchgeführt an Germanium; Dissertation, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I , publiziert am 19.12.2011, urn:nbn:de:kobv:11-100197583
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Abstract (ger):
Ausgehend von einer kritischen Betrachtung der bekannten Meßverfahren zur Untersuchung von Halbleiteroberflächen wurde der Feldeffekt mit Sperrstrommessungen derart gekoppelt, dass gleichzeitig an dem Teil der Probe, der auf der Rückseite von einem in Sperr-Richtung vorgespannten pn-Übergang bedeckt ist, der Oberflächenleitwert und der Sperrstrom des pn-Übergangs gemessen werden. Der Sinn dieser Kopplung ist es, die Termanalyse gegenüber den bekannten Methoden zu verbessern. Die vorgenommene Erweiterung der Feldeffektuntersuchungen auf den stationären Nichtgleichgewichtzustand ermöglicht die direkte Messung der Aufspaltung des Ferminiveaus und damit die Bestimmung der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit allein durch Oberflächenleitwertmessungen. Auch mit der Erweiterung der Sperrstromuntersuchungen, durch Messung der Sperrstromänderung bei Belichtung, ist es möglich, die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit zu messen. Mit der entwickelten Apparatur wurde durch gleichzeitige Messung der Sperrstromänderungen und des Oberflächenleitwertes eine Verbreiterung der Sperrstromkurven verbunden mit einer Verschiebung des Sperrstrommaximums gegen das Leitwertminimum an CP-4-geätzten Germanium-Oberflächen beobachtet. Die Deutung dieser Erscheinung ermöglicht eine eindeutige Bestimmung des Energieniveaus des Rekombinationsterms und weist darauf hin, dass die Übergangswahrscheinlichkeiten des Rekombinationsterms keine Daten der Terme allein, sondern Daten der Terme und des Zustands der Oberfläche sind. Für die untersuchten, in CP-4-geätzten Oberflächen wurde die bei den Channeluntersuchungen gemachte Voraussetzung bestätigt, dass für die Terme in der oberen Hälfte der verbotenen Zone Cp/Cn << e2(Et – Ei)/kT und für die Terme in der unteren Hälfte Cp/Cn >> e2(Et – Ei)/kT gilt. Mit der entwickelten Methode zur Messung des Oberflächenleitwertes mit einem hochfrequenten Wechselstrom werden Verwehungseffekte der Ladungsträger vermieden. Durch die Parallelschaltung des ohmschen und des kapazitiven Leitwertes zwischen Inversionsschicht und Volumen werden weiterhin die Schwierigkeiten der Kontaktierung der Inversionsschicht umgangen. Einen solchen Kontakt herzustellen, ist besonders schwierig bei Halbleitern mit niedriger Intrinsic-Konzentration. Bei Silizium wurde diese Methode mit Erfolg angewendet.
Abstract (eng):
Starting with a critical consideration of the well-established measurement procedures for the investigation of semiconductor surfaces, the field effect and the measurement of the reverse current have were linked in such a manner that the surface conductance and the reverse current could be measured simultaneously at that part of the specimen which was covered on the back side by a biased pn-junction. The use of this link-up is the improvement of the analysis of surface terms in comparison with the known methods. The implemented extension of the field effect measurements to the stationary non-equilibrium state allows the direct measurement of the split up of the Fermi level and in this way the determination of the surface recombination velocity by measurements of the surface conductance solely. Also with an extension of the measurements of the reverse current, by measuring the change in reverse current due to illumination, it is possible to determine the surface recombination velocity. By a simultaneous measurement of the changes in reverse current and the surface conductance with the developed apparatus it could be observed a broadening of the reverse current curve in conjunction with a shift of the reverse current maximum versus the conductance minimum on germanium surfaces etched with CP-4.The interpretation of this effect allows an unique determination of the energy level of the recombination term and points to the fact that the transient probabilities of the recombination term are not data of the term itself but data of the term and the state of the surface. By the investigations of the surfaces etched in CP-4, the requirements have been confirmed which were made in channel investigations that for the terms in the upper half of the forbidden zone it is Cp/Cn << e2(Et – Ei)/kT and for the terms in the lower half it must be Cp/Cn >>e2(Et – Ei)/kT. With the developed method for the measurement of the surface conductance using a high frequency alternating current sweep out effects of the charge carriers can be avoided. Furthermore, by the shunt circuit of the ohmic and the capacitive conductance between the inversion layer and the bulk the difficulties in contacting the inversion layer will be avoided. The production of such a contact is especially difficult for semiconductors with a low intrinsic concentration. This method has been successfully applied to silicon.
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Generiert am 22.08.2014, 08:14:32