Carrier Lifetime Measurements in Semiconductors through the Microwave Photoconductivity Decay Method

Takato Asada; Yoshihito Ichikawa; Masashi Kato

doi:10.3791/59007

JoVE Journal > Engineering

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Engineering

Измерения жизни несущей в полупроводниках методом микроволновой фотопроводимости распада

Published: April 18, 2019

doi:

10.3791/59007

Takato Asada¹, Yoshihito Ichikawa¹, Masashi Kato^1,2

¹Department of Electrical & Mechanical Engineering,Nagoya Institute of Technology, ²Frontier Research Institute for Material Science,Nagoya Institute of Technology

Summary

Как один из важных физических параметров в полупроводниках перевозчик жизни измеряется здесь через протокол, используя метод распада фотопроводимости Микроволновая печь.

Abstract

Эта работа представляет протокол, используя микроволновой фотопроводимости распада (μ-PCD) для измерения жизни перевозчика в полупроводниковых материалов, особенно SiC. В принципе избыток перевозчиков в полупроводнике, созданного с помощью возбуждения перекомбинируйте с течением времени и, впоследствии, вернуться в состояние равновесия. Постоянная времени этой рекомбинации известен как перевозчик жизни, важным параметром в полупроводниковых материалов и приборов, требует бесконтактные и неразрушающих измерений, идеально достигается μ-PCD. Во время облучения образца частью микроволновой печи отражается в образце полупроводников. Микроволновая печь отражательная способность зависит от проводимости образца, который приписывается перевозчиков. Таким образом время распада избыточных носителей можно наблюдать через определение интенсивности отраженного микроволновой, чьи кривой распада могут быть проанализированы для оценки существования перевозчика. Результаты подтверждают пригодность μ-PCD протокол измерения жизни перевозчика в полупроводниковых материалов и приборов.

Introduction

Избыток перевозчиков в полупроводниках оптически рады путем инъекций фотонов с энергии больше, чем разрыв между диапазонами проводимости и валентной. Затем, возбужденных избыток перевозчиков, исчезают электронно – дырочных рекомбинации в рамках постоянной времени, известный как перевозчик жизни, который существенно влияет на производительность полупроводниковых приборов во время операции. Как один из важных параметров для полупроводниковых приборов и материалов перевозчик жизни очень чувствителен к наличие дефектов в этих материалах и далее требует удобный метод оценки. J. Уорман и M. Kunst развитых переходных технику, они назвали время решена Микроволновая печь электропроводности (TRMC), которая включает микроволновой поглощения следовать заряда перевозчик динамика в полупроводниках¹. Другие исследователи предложили переходных фото проводимости (TPC), иначе известный как микроволновая печь фотопроводимости распада (μ-PCD), который обычно принимается материал квалификации техника в полупроводниковой промышленности благодаря своей бесконтактные и неразрушающих измерений существования перевозчика. В частности, для карбида кремния (SiC), применяются три основных методов: µ-PCD, время решена, TR-фотолюминесценция и время решена Франко перевозчик поглощения (TR-FCA)²^,³^,⁴^,⁵⁶^, ^,⁷. Среди этих методов µ-PCD является наиболее широко занятых, потому что по сравнению с двумя другими как она проявит равнодушие шероховатости поверхности (т.е., измеримые для любого заданного различные поверхности шероховатость⁸^,⁹^,¹⁰) и высокий сигнал чувствительности для возбужденных перевозчиков (то есть с помощью компонента оптимальный Микроволновая печь). В общем µ-PCD был предпочтительным для измерения жизни перевозчика в НИЦ и другие полупроводниковые материалы²^,⁵^,⁶^,¹¹^,¹²^,¹³ ^,¹⁴^,^,¹⁵¹⁶^,^,¹⁷¹⁸^,¹⁹.

Здесь подробно протокол измерений и принцип μ-PCD¹^,^,²⁰²¹ . В принципе она использует микроволновой отражение как зонд. Здесь Микроволновая отражения образца R(σ) эквивалентен соотношение интенсивности отраженного микроволновой P(σ) и инцидент Микроволновая интенсивности P_в выраженную уравнение 1:

(1)

При облучении лазерного импульса, проводимости образца σ изменения σ + Δσ; Аналогичным образом R (σ) преобразования R(σ + Δσ). Таким образом ΔR задается уравнение 2:

(2)

В приближении возмущений (небольшой Δσ), R(σ + Δσ) разработан в ряд Тейлора приносить

(3)

в то время как становится Δσ

, (4).

где q -элементарный заряд, μ_p является мобильность отверстие, μ_n — подвижность электронов, а Δp – концентрация на избыток перевозчика. От предыдущей уравненийΔR и Δp связаны

. (5)

Зависимость отражения Микроволновая печь на избыток перевозчик концентрации позволяет μ-PCD соблюдать время распада избыточных перевозчиков, которые мы можем использовать для оценки несущей жизни полупроводниковых материалов.

Protocol

1. Подготовка образца Подготовьте n типа 4H-SiC epilayer (Таблица материалов). Вымойте образца с ацетоном, а затем с водой, каждый на 5 мин, с использованием Ультразвуковая мойка. Используйте пистолет азота для удаления влаги на поверхности образца. 2. Подготовка водных растворов Подготовка 1 М каждый из H2так4, HCl, Na2т4, NaOH или ВЧ 1 wt % концентрации. Выбрать и подготовить водный раствор измеряется. Подготовить кварц ячейки с 5 мм (длина) x 20 мм (ширина) x 40 мм (высота) и затем вылить водный раствор в нее. Положите подготовленного образца в ячейку и затем погрузить его в водный раствор.Примечание: по крайней мере 4 мл водного раствора в ячейке кварц является обязательным для образца полностью погружен. При изменении решения, лечить образца с ультразвуковой очистки с помощью ацетона и чистой воды. 3. Подготовка измерительного оборудования Включите источник питания импульсных лазерных 266 Нм для возбуждения источника света. Впоследствии установите режим лазер в режиме ожидания. Соедините импульсных лазерных и осциллятор через кабель штык Нейл-Concelman (BNC). Включите осциллятор и ввод пульсовой волны 100 Гц для импульсного лазера. Подключите фотодиод триггера приобретение через триггер входного канала Осциллограф с кабелем BNC. Включите электропитание фотодиод. Облучить импульсных лазерных и место апертуры волновода Микроволновая печь на оптического пути лазерного света в направлении нормальных к свету.Предупреждение: В процессе последнего, экспериментатор должен носить очки безопасности во время лазерного облучения. Установите половину зеркало на оптического пути импульсного лазера, как показано на рисунке 1и отражать импульсный лазер на фотодиод. Включите Осциллограф и затем установите его порог срабатывания для напряжения достаточно, чтобы сигнал от фотодиод.Примечание: Значение порога может задать меньше, чем пик сигнал триггера. Когда непреднамеренного отраженный свет входит фотодиода, осциллограф отображает частоту, которая сильно отличается от частоты импульсного лазера. В этом случае повторите шаг 3,6. Проверка частоты триггера с помощью осциллографа и точно настраивать осциллятора. Наденьте лазерный режим ожидания. Диод шотки барьер в микроволновой волновода для отраженного микроволновой обнаружения и сигнала ввода канала осциллограф, подключение через кабель BNC. Применить 9.5 V рабочее напряжение на диоде Ганна. Место кварц клеток (шаг 2.2) на стенде перед диафрагмы как можно ближе. Зафиксировать клейкой лентой. 4. измерение и сохранение данных Включите лазерный свет колебание и излучают свет в образце. Место половины фазовые (λ/2), поляризатор и измеритель мощности на оптической оси (рис. 1). Облучить импульсный лазер на измеритель мощности, как показано на рисунке 1. Проверьте возбуждения интенсивности лазера. Регулировка угла λ/2 для контроля интенсивности возбуждения.Примечание: λ/2 изменяет направление поляризации лазерного света, в то время как поляризатор передает только одно направление поляризации света, через который возбуждения контролируется интенсивности. Вводят Фотон плотности установлены 8 x 1013 см−2 и 266 Нм лазер, плотность возбуждения перевозчиком в 4 H-SiC-4.5 x 1017 см−3. Удаление измеритель мощности из оптического пути. Отрегулируйте время/div и V/div осциллографа, так что пик сигнал отображается на осциллограф. Настройте амплитуда и фаза СВЧ через тюнер E – H. Проверьте Осциллограф и искать тюнер E – H где пика сигнала находится на максимум. Не удалось регулировка E-H тюнер приводит к потери сигнала, как показано на рисунке 2.Примечание: Усилитель используется для укрепления распада сигнал в случае недостаточно большого сигнала относительно фонового шума или когда он не наблюдается даже после корректировки E – H тюнер. Усилитель помещается между Диод Schottky барьер и сигнал входной канал Осциллограф с BNC кабель, как показано на рисунке 1. Повторите шаги 4.6 и 4.7 для завершения настройки. Отрегулируйте время/div Осциллограф и эскиз кривой спада в области измерения на осциллограф. Средний сигнал произвольное количество раз для улучшения соотношения сигнал шум. Сохранить данные измерений в виде электронного файла в память, а затем удалить его от осциллографа. 5. обработка данных Импорт данных сигнала на персональный компьютер. Участок распада кривые, полученные из эксперимента как функцию от времени. Вычислить среднее значение уровня шума фона, вычесть его от гниения сигнала и участок его как функцию от времени. Найти максимальное значение распада сигнала, полученного на шаге 5.3 и затем разделить сигнал распада пикового значения.

Representative Results

На рисунке 1 показана схема μ-PCD аппарат, состоящий из СВЧ-диапазона 10 ГГц, X waveguide группы и прямоугольном волноводе. Микроволновая печь была фокусируется волновода двойной хребет и облученных на образце. Выходная мощность диода Ганна была 50 МВт и фазового шума был почти-80 dBc/Гц. На рисунке 3 показана кривая распада μ-PCD-толщиной 100 мкм n типа 4 H-SiC образца возбужденных на Si лицо, 266 Нм в воздухе; Μ-PCD сигнал (V) логарифмически масштабированы была зависимой переменной и время (μs) был независимой переменной. Сигнал напряжения пик был приблизительно 0,046 V до их усиления. Кроме того наблюдаемые напряжения постоянного тока (DC) компонент отраженного СВЧ, полученные из режима DC осциллограф был ордена несколько вольт. Как Рекомбинация избыточных носителей прогрессировала с временем, образца проводимости и печь отражательная способность снизилась. На рисунке 4 показана кривая распада нормализованных μ-PCD Рисунка3. Нормализация позволяет сравнение константы времени с различных пика интенсивности. Как правило перевозчик жизни оценки на основе кривой кариеса осуществляется с 1/e жизни τ1/e параметр, указывающее, что время, чтобы получить уменьшается интенсивность сигнала от пика до 1/e (~ сопротивления 0.368). Обратите внимание, что мкг-PCD распада не единый экспоненциальная и τ1/e был под влиянием как оптом, так и поверхностной рекомбинации. Однако сравнивая постоянная времени различной толщины или состояния поверхности образцов обусловила ссылочный параметр. Использование τ1/e было удобно с учетом хорошее соотношение сигнал шум на первой части кривой распада и простота анализа данных. Для характеристики сигнала µ-PCD, половина время жизни, я40/яМакси константа kD также приняли такие параметры по22,23,24. В самом деле, τ1/e был принят в стандарте полу: 1535 MF полу8 в качестве стандарта для перевозчика жизни измерения Си. Для распада кривая на рисунке 4 τ1/e был около 0,34 МКС. Рисунок 5, кварц ячейки, содержащей водный раствор и с образцом на своей стене был сделан на стенде перед диафрагма11. Каждый интенсивность облученного СВЧ и отражение печь от образца, а также отношение сигнал шум μ-PCD, зависят от расстояния между образцом и диафрагма, которая, в идеале, должна быть как можно ближе. В фактических измерений полученных расстояние было так близко, насколько это возможно; измерения с использованием клеток кварц принесли на расстоянии 0,5 мм, которая так же, как толщина кварцевого стекла клеток. Рисунок 6 показывает μ-PCD распада кривые n типа 4 H-SiC, на воздухе и в водных растворах. Возбуждения света 266 Нм был облученных в Si-лицо 4H-SiC. Водные растворы используются у концентрации, как упоминалось ранее, а именно: 1 M H2т4, HCl, Na2т4, или NaOH или 1 wt % HF. Постоянная времени распада кривых был длиннее, с образец погружается в кислых водных растворов (то есть, H2т4, HCl или HF), подразумевая что кислой решения пассивируется поверхности государств на Si лицо и снижение поверхностной рекомбинации избыток перевозчиков. На рисунке 7 показана зависимость рН τ1/e n типа 4 H-SiC образца возбужденных на Si лицо на 266 Нм света. PH была рассчитана из молярной концентрации H2так4, HCl и NaOH. Эта цифра указывается перевозчик Пожизненная зависимость от водных растворах рН; Таким образом ниже рН будет иметь больше влияния на жизни перевозчика. Поверхностной рекомбинации скорость была рассчитана для воспроизведения τ1/e используется для образцов. Модель распада избыточных носителей было сообщено в РЭС. 2 и 3. Чтобы получить избыток перевозчик концентрации Dn(x, t), была решена следующее уравнение непрерывности. Здесь Dn(x, t) была определена как функция времени t и глубина x в полупроводниковый слой; Таким образом, , (6). где τB сыпучих жизни из-за рекомбинации Шокли – чтение – Холл (СРЗ), D является коэффициент амбиполярной диффузии, B -коэффициент излучения рекомбинации, и C является шнек рекомбинации коэффициент. В возбужденных и других поверхностей граничные условия были даны 7 уравнение: и (7) где S0 и SW обозначают скорости поверхностной рекомбинации возбужденных и других поверхностей, соответственно, и W толщина слоя. Кроме того профиль концентрации первоначального избыток перевозчика, с помощью светового импульса освещение может выражаться с помощью уравнения 8: (8) где g0 -перевозчик концентрация на x = 0 и коэффициент абсорбциы. Решение уравнения 6, используя граничных условий уравнение 7 и первоначального состояния уравнение 8 предусмотрено избыток несущей разрушение кривых. В процессе, S оценивалась путем сравнения τ1/e полученные от экспериментов и вычисляемые распада кривых. Наименьших квадратов уместно к минимуму ошибки между экспериментальной τ1/e в любых условиях и рассчитанные τ1/e с параметрами S0, Sw и τB. Как показано в уравнение 6 перевозчик рекомбинации является суммирование различных компонентов распада, а именно, поверхность, СРЗ, радиационное воздействие и шнек рекомбинации, последние два замечательных высокий перевозчика плотностью. С другой стороны СРЗ рекомбинации зависит от точечных дефектов и дислокаций в основную часть полупроводникового материала, которые образуют уровни энергии в запрещенной зоны полупроводников. Уровни энергии действуют как шагая камни для перевозчика переход между диапазонами Валанса и проводимости. m-PCD также показывает нелинейности на условие высокой инъекций и переоценивает перевозчик жизни13,25,26. Рисунок 8 показывает измеренные m-PCD при условии высокой возбуждения. Обратите внимание, что кривая распада вводят Фотон плотность 1015 см−2 стал более плавным по сравнению с Фотон плотность 1014 см−2, из-за нелинейности Микроволновая печь. Кроме того примеры измерений, показано на рисунке 3, рис 4 и Рисунок 6 были получены для вводят Фотон плотности 8 x 1013 см−2 приводит к незначительным микроволновой нелинейности и шнека и радиационные рекомбинации но доминирующей СРЗ и поверхностной рекомбинации. Рисунок 6 могут быть предприняты для иллюстрируют расчеты кривая распада для n типа 4 H-SiC Si лица возбуждается 266 Нм света, ссылаясь на пунктирной линии, где τB = 3 МКС и S для Si лицо SSi = 200 см/с или 700 см/с . Для обоих параметровSi S, экспериментальной распада кривой измеряется в нейтральном pH (Кондиционер, 1 M Na2так4) и в условиях кислой (1 М H2т4), соответственно, были воспроизведены, хорошо, что означает, что S Si для n типа 4 H-SiC значительно сокращено с 700 см/с до 200 см/с в кислых водных растворах как водорода пассивируется поверхности государств на Si лицо. Рисунок 1: схема устройства μ-PCD. Частью лазерного света отражается половину отражение зеркала. Отраженного лазерного обнаружения фотодиода, и сигнал из фотодиода используется в качестве триггера для осциллографа. Микроволновой генерируется из диода Ганна в направлении согнуты, термостат; затем микроволновой проходит через отверстие и излучает образца. Отражение СВЧ из образца возвращается в отверстие и в термостат, где обнаруживается диодом шотки барьер. Наконец сигнал из барьер Диод Schottky наблюдается на осциллограф. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 2: Сигнал μ-PCD для неудачной настройки тюнера E-H. Не поддающиеся измерению пиковое неудачной настройки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 3: кривая распада μ-PCD для выборки n типа 4H-SiC с возбуждением на Si лицо, 266 Нм в воздухе. Импульсного лазера облученных в время = 0 s при максимальной интенсивности сигнала. Эта цифра была изменена Итикава et al.11 с разрешениями. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 4: кривая распада нормализованных μ-PCD для выборки n типа 4H-SiC с возбуждением на Si лицо, 266 Нм в воздухе. Максимальное значение распада кривая на рисунке 2 нормализуется к единству. Пунктирная линия значение 1/e, и τ1/e -около 0,34 μs как показано. Эта цифра была изменена Итикава et al.11 с разрешениями. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 5: изображение μ-PCD измерения в водном растворе в ячейке кварца. Кварц ячейки помещается на стенде перед Апертура, чтобы позволить μ-PCD распада кривой измерения в водном растворе. Размер ячейки-5 x 20 x 40 мм (длина x ширина x высота). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 6: нормированные и рассчитывается μ-PCD распада кривых для выборки n типа 4H-SiC с возбуждением на Si лицо, 266 Нм, в воздухе и водные растворы. Сплошные линии представляют собой μ-PCD экспериментальный результат кривые для водных растворов H2O, H2так4, HCL, Na2т4, NaOH или ВЧ. Пунктирные линии являются рассчитанных кривых с основной перевозчик жизни в протравленых, τB = 3 МКС и скорости поверхностной рекомбинации для Si лица, SSi = 200 см/с или 700 см/сек. Эта цифра была изменена Итикава et al.11 с разрешениями. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 7: РН зависимость τ1/e для n типа 4 H-SiC образца с возбуждением на Si лицо, 266 Нм. Время жизни увеличивается pH водного раствора уменьшается. Этот результат означает, что что ниже рН будет иметь больше влияния на жизни перевозчика. Эта цифра была изменена Итикава et al.11 с разрешениями. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 8: Μ-PCD распада кривой n типа 4H-SiC с возбуждением вводят Фотон плотность 1014 или 1015 см−2 на Si лицо, 266 Нм. Измерение с высоким возбуждением на Фотон плотность 1015 см−2 делает более постепенный распад кривой чем с более низкой плотностью фотонных из-за нелинейности Микроволновая печь отражательная способность. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Discussion

В протоколе μ-PCD шаг 4.7 является наиболее важным моментом. E – H тюнер был включен с подвижных короткого замыкания в плоскости E и H, соответственно. Таким образом перемещение короткого замыкания тюнер E или H тюнер изменения амплитуды и фазы отраженной СВЧ и максимизирует амплитуда сигнала. Тюнинг имеет большое влияние на осциллограмме распада кривой и должны строго выполняться. В случае слабого сигнала, где настройки может быть сложным может использоваться несколько десятков тюнинг средние. Не тюнинг, μ-PCD распада кривые не наблюдаемый; наблюдается только шумовой сигнал осциллографа. Рисунок 2 показывает Осциллограф осциллограмм в таком случае.

Это легко для измерения высоким сопротивлением образцы, как нет нижнего предела проводимости. Когда сопротивление образца является низким или образца толщиной, скин-эффект микроволновой печи не является незначительным. Расстояние до тех пор, пока интенсивность электрического поля СВЧ становится 1/e раз называется глубиной кожи , который выражается уравнением 9:

(9)

ω-угловая частота СВЧ, где ρε и μ представляют диэлектрическая проницаемость образца, сопротивление и проницаемость, соответственно. В случае Si и SiC приблизительное δ значения для 10 ГГц микроволновых печей были 9 мм на 50 Ω∙cm, 2 мм на 10 Ω∙cm, 500 мкм на 1 Ω∙cm и 150 мкм на 0,1 Ω∙cm. Таким образом измерения для образцов с типичными толщины (несколько сотен микрон) на менее 0,1 Ω∙cm будет терять точность δ . С другой стороны микроволновой печью и оптического излучения инцидент от противоположные пластины в настоящем Протоколе. Незначительный эффект кожи показывает лучше микроволновой и оптического излучения с той же стороны.

Нижние пределы зависит от сопротивления и толщины образца, вытекающие из его взаимодействия с СВЧ. Для образцов, высоким сопротивлением типичный нижних пределов избыточных носителей составляет порядка 10¹² см⁻³. С другой стороны электронно – дырочных рассеяния должны рассматриваться на избыток перевозчиков больше чем 10¹⁶ см⁻³, как описано в ref. 13.

Μ-PCD кривых распада стал нежный на высоких возбуждения плотности за счет unproportionality Микроволновая печь отражательная способность к концентрации избыточного перевозчик таким образом, что уравнение (3) потеряет свою действительность по¹³^,²⁵^,²⁶ и τ_1/e будет переоценить. На рисунке 8 показана кривая распада μ-PCD химического Механическая полировка, обработка поверхности n типа 4 H-SiC с возбуждением на Si лицо, 266 Нм под возбуждения высокой интенсивности.

Кроме того резолюции время зависит от производительности аппарата измерения как источник возбуждения, осциллограф и усилитель. Например, в этом исследовании, аппарат состоял из импульсного лазера с длительностью импульса 1 НС как источник возбуждения и осциллографа, имея частот 500 МГц. Следовательно, минимальный измеримые жизни оценивается в 2 НС.

Как упоминалось ранее, μ-PCD является очень полезным для определения характеристик полупроводниковых приборов, таких как Си. Тем не менее его приложение может быть расширено с другими материалами, например, в фотоактивного материалах, включая TiO₂²⁷^,²⁸^,²⁹^,³⁰.

Кроме того помимо μ-PCD, TR-PL² и TR-FCA представил в предыдущих разделах являются другие методы измерения жизни двух перевозчика. TR-PL отмечает изменение времени фотолюминесценция вызванных перевозчика рекомбинации в то время как TR-FCA отмечает время изменения зонда Светлая абсорбциа⁴. В частности Франко перевозчик поглощение происходит, когда свет с энергией меньше, чем разрыв группы облученных во время возбуждения перевозчик³. Тем не менее по сравнению с этими двумя, μ-PCD непосредственно наблюдает электропроводность, Микроволновая и имеет высокий шероховатости поверхности и чувствительность сигнала, что делает его более идеальный метод для измерения жизни перевозчика для полупроводниковых устройств приложений.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана технологический институт Нагоя, Япония.

Materials

n-type 4H-SiC epilayer	Ascatron AB http://ascatron.com/		Sample
266 nm pulsed laser	CryLaS GmbH http://www.crylas.de/	FQSS 266-50	Excitation light source
Photodiode	THORLABS https://www.thorlabs.com/index.cfm	DET10A/M	Trigger signal detection
Schottky barrier diode	ASI http://www.advancedsemiconductor.com/	1N23WE	Reflected microwave detection
Gun diode	Microsemi https://www.microsemi.com/	MO86751C	Microwave generation source
E-H tuner	SPC ELECTRONICS CORPORATION http://www.spc.co.jp/index.html		microwave component
Circulator	SPC ELECTRONICS CORPORATION http://www.spc.co.jp/index.html		microwave component
Rectangular waveguide	SPC ELECTRONICS CORPORATION http://www.spc.co.jp/index.html		microwave component
Double ridge waveguide	SPC ELECTRONICS CORPORATION http://www.spc.co.jp/index.html		microwave component
Crystal mount	SPC ELECTRONICS CORPORATION http://www.spc.co.jp/index.html		microwave component
Acetone	KANTO CHEMICAL CO.,INC. https://www.kanto.co.jp/	GE00001	Sample cleaning
Sulfuric acid	KANTO CHEMICAL CO.,INC. https://www.kanto.co.jp/	GE00257	Acidic aqueous solution
Hydrochloric acid	KANTO CHEMICAL CO.,INC. https://www.kanto.co.jp/	GE00238	Acidic aqueous solution
Hydrogen fluoride	KANTO CHEMICAL CO.,INC. https://www.kanto.co.jp/	18083-1B	Acidic aqueous solution
Sodium hydroxide	KANTO CHEMICAL CO.,INC. https://www.kanto.co.jp/	37184-00	Alkaline aqueous solution
Sodium sulfate	KANTO CHEMICAL CO.,INC. https://www.kanto.co.jp/	37280-00	Neutral aqueous solution

References

Kunst, M., Beck, G. The study of charge carrier kinetics in semiconductors by microwave conductivity measurements. Journal of Applied Physics. 60 (10), 3558-3566 (1986).
Klein, P. B. Carrier lifetime measurement in n−4H-SiC epilayers. Journal of Applied Physics. 103, 033702 (2008).
Linnros, J. Carrier lifetime measurements using free carrier absorption transients. I. Principle and injection dependence. Journal of Applied Physics. 84, 275-283 (1998).
Mae, S., Tawara, T., Tsuchida, H., Kato, M. Microscopic FCA System for Depth-Resolved Carrier Lifetime Measurement in SiC. Materials Science Forum. 924, 269-272 (2018).
Miyazawa, T., Ito, M., Tsuchida, H. Evaluation of long carrier lifetimes in thick 4H silicon carbide epitaxial layers. Applied Physics Letters. 97, 202106 (2010).
Kimoto, T., Danno, K., Suda, J. Lifetime-killing defects in 4H-SiC epilayers and lifetime control by low-energy electron irradiation. Physica Status Solidi B. 245, 1327 (2008).
Ščajev, P., Gudelis, V., Jarašiūnas, K., Klein, P. B. Fast and slow carrier recombination transients in highly excited 4H-and 3C-SiC crystals at room temperature. Journal of Applied Physics. 108, 023705 (2010).
. . SEMI Standard, SEMI MF1535. , (2007).
Hashizume, H., Sumie, S., Nakai, Y. Carrier Lifetime Measurements by Microwave Photoconductivity Decay Method. ASTM Special Technical Publication. 1340, 47 (1998).
Schöfthaler, M., Brendel, R. Sensitivity and transient response of microwave reflection measurements. Journal of Applied Physics. 77, 3162 (1995).
Ichikawa, Y., Ichimura, M., Kimoto, T., Kato, M. Passivation of Surface Recombination at the Si-Face of 4H-SiC by Acidic Solutions. ECS Journal Solid State Science and Technology. 7 (8), Q127-Q130 (2018).
Mori, Y., Kato, M., Ichimura, M. Surface recombination velocities for n-type 4H-SiC treated by various processes. Journal of Physics D: Applied Physics. 47, 335102 (2014).
Kato, M., Mori, Y., Ichimura, M. Microwave reflectivity from 4H-SiC under a high injection condition: impacts of electron-hole scattering. Journal of Applied Physics. 54, 04DP14 (2015).
Kato, M., Matsushita, Y., Ichimura, M., Hatayama, T., Ohshima, T. Excess Carrier Lifetime in p-Type 4H-SiC Epilayers with and without Low-Energy Electron Irradiation. Japanese Journal of Applied Physics. 51, 028006 (2012).
Kato, M., Yoshida, A., Ichimura, M. Estimation of Surface Recombination Velocity from Thickness Dependence of Carrier Lifetime in n-Type 4H-SiC Epilayers. Japanese Journal of Applied Physics. 51, 02BP12 (2012).
Mori, T., et al. Excess Carrier Lifetime Measurement of Bulk SiC Wafers and Its Relationship with Structural Defect Distribution. Japanese Journal of Applied Physics. 44, 8333 (2005).
Jenny, J. R., et al. Effects of annealing on carrier lifetime in 4H-SiC. Journal of Applied Physics. 100, 113710 (2006).
Hayashi, T., Asano, K., Suda, J., Kimoto, T. Temperature and injection level dependencies and impact of thermal oxidation on carrier lifetimes in p-type and n-type 4H-SiC epilayers. Journal of Applied Physics. 109, 014505 (2011).
Okuda, T., Miyake, H., Kimoto, T., Suda, J. Long Photoconductivity Decay Characteristics in p-Type 4H-SiC Bulk Crystals. Japanese Journal of Applied Physics. 52, 010202 (2013).
Schofthaler, M., Brendel, R. Sensitivity and transient response of microwave reflection measurements. Journal of Applied Physics. 77, 3162-3173 (1995).
Beck, G., Kunst, M. Contactless scanner for photoactive materials using laser-induced microwave absorption. Review of Scientific Instruments. 57, 197-201 (1986).
Kolen’ko, Y. V., Churagulov, B. R., Kunst, M., Mazerolles, L., Colbeau-Justin, C. Photocatalytic properties of titania powders prepared by hydrothermal method. Applied Catalysis B: Environmental. 54, 51-58 (2004).
Carneiro, J. T., Savenije, T. J., Moulijn, J. A., Mul, G. The effect of Au on TiO2 catalyzed selective photocatalytic oxidation of cyclohexane. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 217, 326-332 (2011).
Luna, A. L., et al. Synergetic effect of Ni and Au nanoparticles synthesized on titania particles for efficient photocatalytic hydrogen production. Applied Catalysis B: Environmental. 191, 18-28 (2016).
Kunst, M., Beck, G. The study of charge carrier kinetics in semiconductors by microwave conductivity measurements. Journal of Applied Physics. 60, 3358 (1986).
Kunst, M., Beck, G. The study of charge carrier kinetics in semiconductors by microwave conductivity measurements. II. Journal of Applied Physics. 63, 1093 (1988).
Schindler, K. -. M., Kunst, M. Charge-Carrier Dynamics in TiO2 Powders. The Journal of Physical Chemistry. 94, 8222-8226 (1990).
Savenije, T. J., de Haas, M. P., Warman, J. M. The Yield and Mobility of Charge Carriers in Smooth and Nanoporous TiO2 Films. Zeitschrift für Physikalische Chemie. , 201-206 (1999).
Colbeau-Justin, C., Kunst, M., Huguenin, D. Structural influence on charge-carrier lifetimes in TiO2 powders studied by microwave absorption. Journal of Materials Science. 38, 2429-2437 (2003).
Kato, M., Kohama, K., Ichikawa, Y., Ichimura, M. Carrier lifetime measurements on various crystal faces of rutile TiO2 single crystals. Materials Letters. 160, 397-399 (2015).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite This Article

Asada, T., Ichikawa, Y., Kato, M. Carrier Lifetime Measurements in Semiconductors through the Microwave Photoconductivity Decay Method. J. Vis. Exp. (146), e59007, doi:10.3791/59007 (2019).

Automatically Generated