测量肖特基势垒高度的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测量肖特基势垒高度的装置及方法，包括：光源、光斩波器、第一透镜、待测样品、第一源表、第二透镜、单色仪、探测器、锁相放大器、第二源表和计算机，该计算机控制单色仪、第一源表和第二源表，实现第一源表对肖特基势垒样品的偏置电压扫描，从得到的肖特基势垒区域选定波长下的光荧光强度与偏置电压变化曲线中确定肖特基势垒高度数值。利用本发明专利技术，由于肖特基势垒高度是从测量的光荧光强度随偏置电压的变化特性中得到的，避免了器件边沿并联电阻漏电效应对肖特基势垒高度测量的影响，具有测量精度高、一致性好、非破坏性等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体光电
，涉及一种测量半导体肖特基势垒高度的装置和方法。
技术介绍
金属-非故意(或轻)掺杂直接带隙半导体材料-同质重掺杂直接带隙半导体材料接触结构达到平衡后，具有统一的费米能级，三者的费米能级处在同一能级位置，这种结构的总内建电势Vbi等于金属的功函数Oni减去重掺杂GaN的功函数ΦΝ，即Vbi = Φω-ΦΝ 金属-非故意(或轻)掺杂直接带隙半导体材料接触后的肖特基势垒高度ΦΒ等于金属的功函数Φπ减去直接带隙半导体材料的电子亲和势Xs，即有Cj5B=CDm-Xs= Φ m- Φ N+k*T* I n (Nc/ηΝ)= Vbi+k*T*ln (Nc/nN)式中N。是直接带隙半导体材料导带中的有效态密度，nN是重掺杂直接带隙半导体材料的载流子浓度。k是波尔斯曼常数，T是绝对温度。一般情况，nN接近等于或大于 Nc，k*T*ln(Ne/nN) << ΦΒ，如室温下对重掺杂 GaN 材料来说，nN = 2*1018*cnT3，k*T =O. 0259eV, Nc = 2. 2*1018cnf3，k*T*ln (Nc/nN) = 0. 0025eV。因此有φΒ兰Vbi。即对于金属-非故意(或轻)掺杂直接带隙半导体材料-同质重掺杂直接带隙半导体材料接触结构来说，金属-非故意(或轻)掺杂直接带隙半导体材料之间的肖特基势垒高度ΦΒ近似等于金属-非故意(或轻)掺杂直接带隙半导体材料-同质重掺杂直接带隙半导体材料接触结构的总内建电势Vbi。通常一部分肖特基势垒光电探测器是金属-非故意(或轻)掺杂直接带隙半导体材料-同质重掺杂直接带隙半导体材料接触结构。光在照射肖特基势垒光电探测器耗尽区时，会产生光生载流子(电子、空穴)，在耗尽区电场的作用下，电子、空穴分别被扫出耗尽区，形成光电流。耗尽区的宽度随其外加偏置电压的变化而变化。即耗尽区的宽度随着反向偏压的增大而增大，随着正向偏压的增大而减小。当正向偏压(单位ν)等于肖特基势垒高度(单位eV)时，肖特基势垒区的半导体能带变成平带，耗尽区内建电场强度变为O。在耗尽区的宽度从O增宽的过程中，光在照射肖特基势垒区域时引起的光荧光强度会随着耗尽区宽度增加而减小，这是由于耗尽区宽度的增加，电场分布空间扩大，同时在内建电场方向上耗尽区内相应位置的电场强度增加，加速了光生载流子的分离和扫出效应，减小了辐射复合的几率，光荧光强度减小。当正向偏压大于或等于肖特基势垒高度时，耗尽区内建电场强度为0，光生载流子的分离和扫出效应随正向电压的增加而变化非常小，辐射复合几率也随正向电压的增加而变化非常小，光荧光强度随正向电压的增加而变化非常小。考虑到肖特基势垒样品在正向偏置电压状态时，有正向电流注入通常也不会发光现象。因此，在正向偏置电压从O开始增加的过程中，耗尽区宽度变窄，耗尽区内建电场强度变小直至0，光照产生的光生载流子由于耗尽区变窄和内建电场强度变弱，分离效应变弱，直至稳定；相应的光突光强度逐渐变强，直至强度稳定；光突光强度开始变稳定时对应的正向电压(单位V)便是肖特基势垒高度(单位eV)。根据此物理现象，测量样品的肖特基势垒区域的光荧光强度随偏置电压的变化曲线就能够得到样品的肖特基势垒高度。本专利技术提供的，实现了测量肖特基势垒区域在电场下光荧光变化特性和利用此特性测量肖特基势垒高度。通过该测试装置和方法测出肖特基势垒区域在电场下的光荧光变化特性和肖特基势垒高度，为进一步分析肖特基势垒样品的材料特性、器件特性提供了一种测试工具和方法。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题 有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种，以实现测量肖特基势垒区域在电场下光荧光变化特性和利用此特性测量肖特基势垒高度。(二)技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种测量肖特基势垒高度的装置，包括一光源，用于提供该装置的光信号源，以激发待测样品的肖特基势垒区域，发出光荧光；一光斩波器，用于对入射到待测样品的肖特基势垒区域的光束斩波，同步输出信号接到锁相放大器的参考信号输入端；一第一透镜，位于待测样品前，汇聚光信号源发出的光束到待测样品的肖特基势垒区域内；一待测样品，放置在样品台上，该待测样品的肖特基势垒区域表面与入射光束成一定角度，使肖特基势垒区域表面反射的光束不进入汇聚第二透镜和光谱仪；一第一源表，与待测样品连接，用于向待测样品提供正或负偏置电压，对待测样品进行电压扫描和测量相应偏置电压下的电流； 一第二透镜，放置在垂直于待测样品的肖特基势垒区域表面方向的前方，汇聚肖特基势垒区域发出的光荧光，入射到其后的单色仪；一单色仪，用于接收肖特基势垒区域发出的光荧光，对光荧光进行波长选定或扫描，入射到其后的探测器；一探测器，用于测量肖特基势垒区域不同偏压下发出的光荧光经单色仪选定波长下的光强度；—锁相放大器，锁相放大器的信号输入端与探测器的信号输出端相连，用于测量探测器输出端的信号；—第二源表，与锁相放大器的输出端相连，用于测量锁相放大器的输出端电压；以及一计算机，用于控制单色仪、第一源表和第二源表，实现第一源表对肖特基势垒样品的偏置电压扫描，从得到的肖特基势垒区域选定波长下的光荧光强度与偏置电压(扣除串联电阻上的分压，下同)变化曲线中确定肖特基势垒高度数值。上述方案中，所述计算机接收肖特基势垒区域在不同偏压下发出的单色仪选定波长(光子能量在禁带宽度附近，下同)下的光荧光强度数据，进行相应信号数据处理，得到肖特基势垒区域选定波长下的光荧光强度与偏置电压变化曲线；当正向偏置电压处在小于肖特基势垒高度值范围内，光荧光强度随着正向偏压的增加而增加；当正向偏置电压处在等于或大于肖特基势垒高度值范围内，光荧光强度随着正向电压增加而变化不明显，强度比较稳定；因此，在得到的肖特基势垒区域光荧光强度与偏置电压变化曲线中，光荧光强度在正向偏置电压下随正向电压增加而开始稳定时所对应的偏置电压数值就是肖特基势垒高度数值，其中偏置电压数值的单位是V，肖特基势垒高度数值的单位是eV。上述方案中，所述计算机控制单色仪对光荧光进行波长扫描或选定某一出射波长；计算机控制第一源表和第二源表，第一源表实施对肖特基势鱼样品的偏置电压扫描和测量相应偏置电压下的电流，第二源表接收相应偏压下的光荧光的强度，计算机进行相应信号处理，得到肖特基势垒区域光荧光强度与偏置偏压变化曲线。 上述方案中，所述光源为氦镉激光器，或者为氙灯、钨灯和氘灯中的一种光源经单色仪选定波长的光，其中经单色仪选定波长的光的光子能量大于待测样品的禁带宽度。上述方案中，所述第一透镜将光源发出的光汇聚到待测样品的肖特基势垒区域，入射到肖特基区域时的光斑尺寸小于肖特基势垒区域表面。上述方案中，所述待测样品表面与入射光光束成一定夹角，入射光与待测样品表面的反射光束有夹角，使反射光束不能入射到汇聚光荧光的第二透镜和单色仪里。上述方案中，所述待测样品是直接带隙半导体材料制成的肖特基势垒样品，光子能量大于其禁带宽度的光束照射其肖特基势垒区域可发出光荧光。上述方案中，所述第一源表向待测样品提供正或负偏置电压，对待测样品进行电压扫描和测量相应偏置电压下的电流。上述方案中，所述汇聚光荧光的第二透镜对从待测样品发射出来的光荧光进行汇聚，入射到其后的单色仪的入射狭缝。上述方案中，所述单色仪接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量肖特基势垒高度的装置，其特征在于，包括：一光源，用于提供该装置的光信号源，以激发待测样品的肖特基势垒区域，发出光荧光；一光斩波器，用于对入射到待测样品的肖特基势垒区域的光束斩波，同步输出信号接到锁相放大器的参考信号输入端；一第一透镜，位于待测样品前，汇聚光信号源发出的光束到待测样品的肖特基势垒区域内；一待测样品，放置在样品台上，该待测样品的肖特基势垒区域表面与入射光束成一定角度，使肖特基势垒区域表面反射的光束不进入汇聚第二透镜和光谱仪；一第一源表，与待测样品连接，用于向待测样品提供正或负偏置电压，对待测样品进行电压扫描和测量相应偏置电压下的电流；一第二透镜，放置在垂直于待测样品的肖特基势垒区域表面方向的前方，汇聚肖特基势垒区域发出的光荧光，入射到其后的单色仪；一单色仪，用于接收肖特基势垒区域发出的光荧光，对光荧光进行波长选定或扫描，入射到其后的探测器；一探测器，用于测量肖特基势垒区域不同偏压下发出的光荧光经单色仪选定波长下的光强度；一锁相放大器，锁相放大器的信号输入端与探测器的信号输出端相连，用于测量探测器输出端的信号；一第二源表，与锁相放大器的输出端相连，用于测量锁相放大器的输出端电压；以及一计算机，用于控制单色仪、第一源表和第二源表，实现第一源表对肖特基势垒样品的偏置电压扫描，从得到的肖特基势垒区域选定波长下的光荧光强度与偏置电压变化曲线中确定肖特基势垒高度数值。...

【技术特征摘要】
1.一种测量肖特基势垒高度的装置，其特征在于，包括 一光源，用于提供该装置的光信号源，以激发待测样品的肖特基势垒区域，发出光荧光; 一光斩波器，用于对入射到待测样品的肖特基势垒区域的光束斩波，同步输出信号接到锁相放大器的参考信号输入端； 一第一透镜，位于待测样品前，汇聚光信号源发出的光束到待测样品的肖特基势垒区域内； 一待测样品，放置在样品台上，该待测样品的肖特基势垒区域表面与入射光束成一定角度，使肖特基势垒区域表面反射的光束不进入汇聚第二透镜和光谱仪； 一第一源表，与待测样品连接，用于向待测样品提供正或负偏置电压，对待测样品进行电压扫描和测量相应偏置电压下的电流； 一第二透镜，放置在垂直于待测样品的肖特基势垒区域表面方向的前方，汇聚肖特基势垒区域发出的光荧光，入射到其后的单色仪； 一单色仪，用于接收肖特基势垒区域发出的光荧光，对光荧光进行波长选定或扫描，入射到其后的探测器； 一探测器，用于测量肖特基势垒区域不同偏压下发出的光荧光经单色仪选定波长下的光强度； 一锁相放大器，锁相放大器的信号输入端与探测器的信号输出端相连，用于测量探测器输出端的信号； 一第二源表，与锁相放大器的输出端相连，用于测量锁相放大器的输出端电压；以及 一计算机，用于控制单色仪、第一源表和第二源表，实现第一源表对肖特基势垒样品的偏置电压扫描，从得到的肖特基势垒区域选定波长下的光荧光强度与偏置电压变化曲线中确定肖特基势垒高度数值。2.根据权利要求I所述的测量肖特基势垒高度的装置，其特征在于，所述计算机接收肖特基势垒区域在不同偏压下发出的单色仪选定波长下的光荧光强度数据，进行相应信号数据处理，得到肖特基势垒区域选定波长下的光荧光强度与偏置电压变化曲线；当正向偏置电压处在小于肖特基势垒高度值范围内，光荧光强度随着正向偏压的增加而增加；当正向偏置电压处在等于或大于肖特基势垒高度值范围内，光荧光强度随着正向电压增加而变化不明显，强度比较稳定；因此，在得到的肖特基势垒区域光荧光强度与偏置电压变化曲线中，光荧光强度在正向偏置电压下随正向电压增加而开始稳定时所对应的偏置电压数值就是肖特基势垒高度数值，其中偏置电压数值的单位是V，肖特基势垒高度数值的单位是eV。3.根据权利要求2所述的测量肖特基势垒高度的装置，其特征在于，所述计算机控制单色仪对光荧光进行波长扫描或选定某一出射波长；计算机控制第一源表和第二源表，第一源表实施对肖特基势垒样品的偏置电压扫描和测量相应偏置电压下的电流，第二源表接收相应偏压下的光荧光的强度，计算机进行相应信号处理，得到肖特基势垒区域光荧光强度与偏置偏压变化曲线。4.根据权利要求I所述的测量肖特基势垒高度的装置，其特征在于，所述光源为氦镉激光器，或者为氙灯、钨灯和氘灯中的一种光源经单色仪选定波长的光，其中经单色仪选定波长的光的光子能量大于待测样品的禁带宽度。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宗顺，赵德刚，陈平，江德生，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：