專利名稱：測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種測(cè)量半導(dǎo)體肖特基勢(shì)壘高度的裝置和方法。
背景技術(shù)：
金屬-非故意(或輕)摻雜直接帶隙半導(dǎo)體材料-同質(zhì)重?fù)诫s直接帶隙半導(dǎo)體材料接觸結(jié)構(gòu)達(dá)到平衡后，具有統(tǒng)一的費(fèi)米能級(jí)，三者的費(fèi)米能級(jí)處在同一能級(jí)位置，這種結(jié)構(gòu)的總內(nèi)建電勢(shì)Vbi等于金屬的功函數(shù)Oni減去重?fù)诫sGaN的功函數(shù)ΦΝ，即Vbi = Φω-ΦΝ
金屬-非故意(或輕)摻雜直接帶隙半導(dǎo)體材料接觸后的肖特基勢(shì)壘高度ΦΒ等于金屬的功函數(shù)Φπ減去直接帶隙半導(dǎo)體材料的電子親和勢(shì)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。是直接帶隙半導(dǎo)體材料導(dǎo)帶中的有效態(tài)密度，nN是重?fù)诫s直接帶隙半導(dǎo)體材料的載流子濃度。k是波爾斯曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度。一般情況，nN接近等于或大于 Nc，k*T*ln(Ne/nN) << ΦΒ，如室溫下對(duì)重?fù)诫s GaN 材料來(lái)說(shuō)，nN = 2*1018*cnT3，k*T =
O. 0259eV, Nc = 2. 2*1018cnf3，k*T*ln (Nc/nN) = 0. 0025eV。因此有φΒ蘭Vbi。即對(duì)于金屬-非故意(或輕)摻雜直接帶隙半導(dǎo)體材料-同質(zhì)重?fù)诫s直接帶隙半導(dǎo)體材料接觸結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，金屬-非故意(或輕)摻雜直接帶隙半導(dǎo)體材料之間的肖特基勢(shì)壘高度ΦΒ近似等于金屬-非故意(或輕)摻雜直接帶隙半導(dǎo)體材料-同質(zhì)重?fù)诫s直接帶隙半導(dǎo)體材料接觸結(jié)構(gòu)的總內(nèi)建電勢(shì)Vbi。通常一部分肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器是金屬-非故意(或輕)摻雜直接帶隙半導(dǎo)體材料-同質(zhì)重?fù)诫s直接帶隙半導(dǎo)體材料接觸結(jié)構(gòu)。光在照射肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器耗盡區(qū)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生光生載流子(電子、空穴)，在耗盡區(qū)電場(chǎng)的作用下，電子、空穴分別被掃出耗盡區(qū)，形成光電流。耗盡區(qū)的寬度隨其外加偏置電壓的變化而變化。即耗盡區(qū)的寬度隨著反向偏壓的增大而增大，隨著正向偏壓的增大而減小。當(dāng)正向偏壓(單位ν)等于肖特基勢(shì)壘高度(單位eV)時(shí)，肖特基勢(shì)壘區(qū)的半導(dǎo)體能帶變成平帶，耗盡區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)強(qiáng)度變?yōu)镺。在耗盡區(qū)的寬度從O增寬的過(guò)程中，光在照射肖特基勢(shì)壘區(qū)域時(shí)引起的光熒光強(qiáng)度會(huì)隨著耗盡區(qū)寬度增加而減小，這是由于耗盡區(qū)寬度的增加，電場(chǎng)分布空間擴(kuò)大，同時(shí)在內(nèi)建電場(chǎng)方向上耗盡區(qū)內(nèi)相應(yīng)位置的電場(chǎng)強(qiáng)度增加，加速了光生載流子的分離和掃出效應(yīng)，減小了輻射復(fù)合的幾率，光熒光強(qiáng)度減小。當(dāng)正向偏壓大于或等于肖特基勢(shì)壘高度時(shí)，耗盡區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)強(qiáng)度為0，光生載流子的分離和掃出效應(yīng)隨正向電壓的增加而變化非常小，輻射復(fù)合幾率也隨正向電壓的增加而變化非常小，光熒光強(qiáng)度隨正向電壓的增加而變化非常小。考慮到肖特基勢(shì)壘樣品在正向偏置電壓狀態(tài)時(shí)，有正向電流注入通常也不會(huì)發(fā)光現(xiàn)象。因此，在正向偏置電壓從O開始增加的過(guò)程中，耗盡區(qū)寬度變窄，耗盡區(qū)內(nèi)建電場(chǎng)強(qiáng)度變小直至0，光照產(chǎn)生的光生載流子由于耗盡區(qū)變窄和內(nèi)建電場(chǎng)強(qiáng)度變?nèi)?，分離效應(yīng)變?nèi)?，直至穩(wěn)定；相應(yīng)的光突光強(qiáng)度逐漸變強(qiáng)，直至強(qiáng)度穩(wěn)定；光突光強(qiáng)度開始變穩(wěn)定時(shí)對(duì)應(yīng)的正向電壓(單位V)便是肖特基勢(shì)壘高度(單位eV)。根據(jù)此物理現(xiàn)象，測(cè)量樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域的光熒光強(qiáng)度隨偏置電壓的變化曲線就能夠得到樣品的肖特基勢(shì)壘高度。本發(fā)明提供的測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度的裝置和方法，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量肖特基勢(shì)壘區(qū)域在電場(chǎng)下光熒光變化特性和利用此特性測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度。通過(guò)該測(cè)試裝置和方法測(cè)出肖特基勢(shì)壘區(qū)域在電場(chǎng)下的光熒光變化特性和肖特基勢(shì)壘高度，為進(jìn)一步分析肖特基勢(shì)壘樣品的材料特性、器件特性提供了一種測(cè)試工具和方法。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度的裝置和方法，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量肖特基勢(shì)壘區(qū)域在電場(chǎng)下光熒光變化特性和利用此特性測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度。(二)技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度的裝置，包括一光源，用于提供該裝置的光信號(hào)源，以激發(fā)待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域，發(fā)出光熒光；一光斬波器，用于對(duì)入射到待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域的光束斬波，同步輸出信號(hào)接到鎖相放大器的參考信號(hào)輸入端；一第一透鏡，位于待測(cè)樣品前，匯聚光信號(hào)源發(fā)出的光束到待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域內(nèi)；一待測(cè)樣品，放置在樣品臺(tái)上，該待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面與入射光束成一定角度，使肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面反射的光束不進(jìn)入?yún)R聚第二透鏡和光譜儀；一第一源表，與待測(cè)樣品連接，用于向待測(cè)樣品提供正或負(fù)偏置電壓，對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行電壓掃描和測(cè)量相應(yīng)偏置電壓下的電流； 一第二透鏡，放置在垂直于待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面方向的前方，匯聚肖特基勢(shì)壘區(qū)域發(fā)出的光熒光，入射到其后的單色儀；一單色儀，用于接收肖特基勢(shì)壘區(qū)域發(fā)出的光熒光，對(duì)光熒光進(jìn)行波長(zhǎng)選定或掃描，入射到其后的探測(cè)器；一探測(cè)器，用于測(cè)量肖特基勢(shì)壘區(qū)域不同偏壓下發(fā)出的光熒光經(jīng)單色儀選定波長(zhǎng)下的光強(qiáng)度；—鎖相放大器，鎖相放大器的信號(hào)輸入端與探測(cè)器的信號(hào)輸出端相連，用于測(cè)量探測(cè)器輸出端的信號(hào)；—第二源表，與鎖相放大器的輸出端相連，用于測(cè)量鎖相放大器的輸出端電壓；以及一計(jì)算機(jī)，用于控制單色儀、第一源表和第二源表，實(shí)現(xiàn)第一源表對(duì)肖特基勢(shì)壘樣品的偏置電壓掃描，從得到的肖特基勢(shì)壘區(qū)域選定波長(zhǎng)下的光熒光強(qiáng)度與偏置電壓(扣除串聯(lián)電阻上的分壓，下同)變化曲線中確定肖特基勢(shì)壘高度數(shù)值。上述方案中，所述計(jì)算機(jī)接收肖特基勢(shì)壘區(qū)域在不同偏壓下發(fā)出的單色儀選定波長(zhǎng)(光子能量在禁帶寬度附近，下同)下的光熒光強(qiáng)度數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)處理，得到肖特基勢(shì)壘區(qū)域選定波長(zhǎng)下的光熒光強(qiáng)度與偏置電壓變化曲線；當(dāng)正向偏置電壓處在小于肖特基勢(shì)壘高度值范圍內(nèi)，光熒光強(qiáng)度隨著正向偏壓的增加而增加；當(dāng)正向偏置電壓處在等于或大于肖特基勢(shì)壘高度值范圍內(nèi)，光熒光強(qiáng)度隨著正向電壓增加而變化不明顯，強(qiáng)度比較穩(wěn)定；因此，在得到的肖特基勢(shì)壘區(qū)域光熒光強(qiáng)度與偏置電壓變化曲線中，光熒光強(qiáng)度在正向偏置電壓下隨正向電壓增加而開始穩(wěn)定時(shí)所對(duì)應(yīng)的偏置電壓數(shù)值就是肖特基勢(shì)壘高度數(shù)值，其中偏置電壓數(shù)值的單位是V，肖特基勢(shì)壘高度數(shù)值的單位是eV。上述方案中，所述計(jì)算機(jī)控制單色儀對(duì)光熒光進(jìn)行波長(zhǎng)掃描或選定某一出射波長(zhǎng)；計(jì)算機(jī)控制第一源表和第二源表，第一源表實(shí)施對(duì)肖特基勢(shì)魚樣品的偏置電壓掃描和測(cè)量相應(yīng)偏置電壓下的電流，第二源表接收相應(yīng)偏壓下的光熒光的強(qiáng)度，計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)信號(hào)處理，得到肖特基勢(shì)壘區(qū)域光熒光強(qiáng)度與偏置偏壓變化曲線。
上述方案中，所述光源為氦鎘激光器，或者為氙燈、鎢燈和氘燈中的一種光源經(jīng)單色儀選定波長(zhǎng)的光，其中經(jīng)單色儀選定波長(zhǎng)的光的光子能量大于待測(cè)樣品的禁帶寬度。上述方案中，所述第一透鏡將光源發(fā)出的光匯聚到待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域，入射到肖特基區(qū)域時(shí)的光斑尺寸小于肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面。上述方案中，所述待測(cè)樣品表面與入射光光束成一定夾角，入射光與待測(cè)樣品表面的反射光束有夾角，使反射光束不能入射到匯聚光熒光的第二透鏡和單色儀里。上述方案中，所述待測(cè)樣品是直接帶隙半導(dǎo)體材料制成的肖特基勢(shì)壘樣品，光子能量大于其禁帶寬度的光束照射其肖特基勢(shì)壘區(qū)域可發(fā)出光熒光。上述方案中，所述第一源表向待測(cè)樣品提供正或負(fù)偏置電壓，對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行電壓掃描和測(cè)量相應(yīng)偏置電壓下的電流。上述方案中，所述匯聚光熒光的第二透鏡對(duì)從待測(cè)樣品發(fā)射出來(lái)的光熒光進(jìn)行匯聚，入射到其后的單色儀的入射狹縫。上述方案中，所述單色儀接收肖特基勢(shì)壘區(qū)域發(fā)出的光熒光，對(duì)光熒光進(jìn)行波長(zhǎng)掃描或選定某一波長(zhǎng)，入射到其后的探測(cè)器。上述方案中，所述探測(cè)器是光電二極管或光電倍增管，用于測(cè)量光熒光的強(qiáng)度特性。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度的方法，包括步驟I :光源發(fā)出的激光束經(jīng)斬波器斬波后，由第一透鏡聚焦到待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域上，入射到肖特基區(qū)域時(shí)的光斑尺寸小于肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面；光斬波器的同步輸出信號(hào)接到鎖相放大器的參考信號(hào)輸入端；步驟2 :調(diào)整待測(cè)樣品及樣品臺(tái)，肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面與入射光束成一定角度，使肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面反射的光束不進(jìn)入?yún)R聚第二透鏡和光譜儀；步驟3 :第一源表與待測(cè)樣品連接，向待測(cè)樣品提供正或負(fù)偏置電壓，對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行電壓掃描和測(cè)量相應(yīng)偏置電壓下的電流；步驟4:第二透鏡放置在垂直于待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面方向的前方，匯聚肖特基勢(shì)壘區(qū)域發(fā)出的光熒光，入射到其后的單色儀的入射狹縫；步驟5:單色儀接收待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域發(fā)出的光熒光，對(duì)光熒光進(jìn)行波長(zhǎng)選定或掃描，入射到其后的探測(cè)器；
步驟6 :探測(cè)器測(cè)量樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域不同偏壓下發(fā)出的光熒光經(jīng)單色儀選定波長(zhǎng)下的光強(qiáng)度；步驟7 :鎖相放大器的信號(hào)輸入端與探測(cè)器的信號(hào)輸出端相連，測(cè)量探測(cè)器輸出端的信號(hào)；步驟8 :第二源表與鎖相放大器的輸出端相連，測(cè)量鎖相放大器的輸出端電壓；步驟9 :計(jì)算機(jī)控制單色儀、第一源表和第二源表，實(shí)現(xiàn)第一源表對(duì)樣品的偏置電壓掃描，計(jì)算機(jī)接收肖特基勢(shì)壘區(qū)域在不同偏壓下發(fā)出的光熒光強(qiáng)度數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)處理，得到待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域選定波長(zhǎng)下的光熒光強(qiáng)度與偏置電壓變化曲線，由該曲線得到待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘高度數(shù)值。(三)有益效果
從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明提供的測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度的裝置及方法，由于肖特基勢(shì)壘高度是從光熒光強(qiáng)度隨偏置電壓改變耗盡區(qū)的寬度變化特性中得到的，避免了器件邊沿并聯(lián)電阻漏電效應(yīng)對(duì)肖特基勢(shì)壘高度測(cè)量的影響，所以測(cè)量精度高、一致性好，具有非破壞性優(yōu)點(diǎn)。


為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說(shuō)明其后，其中圖I是依照本發(fā)明實(shí)施例的測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度的裝置的示意圖；圖2是依照本發(fā)明實(shí)施例的未摻雜GaN (Qundoped)、輕摻硅GaN (Qdoped)肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器光熒光強(qiáng)度與偏置電壓的變化曲線(單色儀選定出射波長(zhǎng)363. 2nm)。圖3是依照本發(fā)明實(shí)施例的未摻雜GaN (Iundoped)、輕摻硅GaN (Idoped)肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器的電流與偏置電壓(ι-v)曲線。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖I所示，圖I是依照本發(fā)明實(shí)施例的測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度的裝置的示意圖，該裝置包括一光源1，該光源提供測(cè)試系統(tǒng)的光信號(hào)源，用來(lái)激發(fā)肖特基樣品4的肖特基勢(shì)壘區(qū)域，發(fā)出光突光?！鈹夭ㄆ?，該斬波器對(duì)由光源I出來(lái)的入射到肖特基勢(shì)壘區(qū)域的光束進(jìn)行斬波。光斬波器2的同步輸出信號(hào)接到鎖相放大器9的參考信號(hào)輸入端。一第一透鏡3，該透鏡放在肖特基勢(shì)壘樣品4前，匯聚光信號(hào)源I發(fā)出的光束到待測(cè)的肖特基勢(shì)壘樣品4的肖特基勢(shì)壘區(qū)域內(nèi)；入射到肖特基區(qū)域時(shí)的光斑尺寸小于肖特基勢(shì)魚區(qū)域表面；一待測(cè)的肖特基勢(shì)壘樣品4，放置在樣品臺(tái)上，該樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面與入射光束成一定角度，使肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面反射的光束不進(jìn)入?yún)R聚第二透鏡6和光譜儀7。一第一源表5與肖特基勢(shì)壘樣品4連接，提供給待測(cè)肖特基勢(shì)壘樣品4的正或負(fù)偏置電壓，對(duì)肖特基勢(shì)壘樣品4進(jìn)行電壓掃描和測(cè)量相應(yīng)偏置電壓下的電流。一第二透鏡6，放在垂直于肖特基勢(shì)壘樣品4的肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面方向的前方，匯聚肖特基勢(shì)壘區(qū)域發(fā)出的光熒光，入射到其后的單色儀7的入射狹縫里。一單色儀7，接收肖特基勢(shì)壘樣品4的肖特基勢(shì)壘區(qū)域發(fā)出的光熒光，對(duì)光熒光進(jìn)行波長(zhǎng)選定或掃描，入射到其后的探測(cè)器8里。一探測(cè)器8測(cè)量肖特基勢(shì)壘樣品4的肖特基勢(shì)壘區(qū)域不同偏壓下發(fā)出的光熒光經(jīng)單色儀選定波長(zhǎng)下的光強(qiáng)度；—鎖相放大器9的信號(hào)輸入端與探測(cè)器8的信號(hào)輸出端相連,測(cè)量探測(cè)器8輸出端的信號(hào)?！诙幢?0與鎖相放大器9的輸出端相連,測(cè)量鎖相放大器9的輸出端電壓。
一計(jì)算機(jī)11控制單色儀7、第一源表5和第二源表10，實(shí)現(xiàn)第一源表5對(duì)肖特基勢(shì)壘樣品4的偏置電壓掃描，接收肖特基勢(shì)壘區(qū)域在不同偏壓下發(fā)出的單色儀7選定波長(zhǎng)下的光熒光強(qiáng)度數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)處理。得到肖特基勢(shì)壘樣品4的肖特基勢(shì)壘區(qū)域選定波長(zhǎng)下的光熒光強(qiáng)度與偏置電壓(扣除串聯(lián)電阻上的分壓，下同)變化曲線。當(dāng)正向偏置電壓處在小于肖特基勢(shì)壘高度值(單位eV)范圍內(nèi)，光熒光強(qiáng)度隨著正向偏壓的增加而增加；當(dāng)正向偏置電壓處在等于或大于肖特基勢(shì)壘高度值范圍內(nèi)，光熒光強(qiáng)度隨著正向電壓增加而變化不明顯，強(qiáng)度比較穩(wěn)定；因此，在得到的肖特基勢(shì)壘區(qū)域光熒光強(qiáng)度與偏置電壓的變化曲線中，光突光強(qiáng)O度在正向偏置電壓下隨正向電壓增加而開始穩(wěn)定時(shí)所對(duì)應(yīng)的偏置電壓(單位v)就是肖特基勢(shì)壘樣品4的肖特基勢(shì)壘高度(單位eV)。其中的光源I為氦鎘激光器、或氙燈、鎢燈、氘燈中的一光源經(jīng)單色儀選定波長(zhǎng)(光子能量大于待測(cè)肖特基勢(shì)壘樣品的禁帶寬度)的光或其它激光光源(光子能量大于待測(cè)肖特基勢(shì)壘樣品的禁帶寬度)的一種。其中的第一透鏡3將光源I發(fā)出的光匯聚到肖特基勢(shì)壘樣品4的肖特基勢(shì)壘區(qū)域，入射到肖特基區(qū)域時(shí)的光斑尺寸小于肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面。其中的肖特基勢(shì)壘樣品4表面與入射光光束成一定夾角，入射光與肖特基勢(shì)壘樣品4的肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面的反射光束有夾角，使反射光束不能入射到匯聚光熒光的第二透鏡6和單色儀7里。其中的肖特基勢(shì)壘樣品4是直接帶隙半導(dǎo)體材料制成的肖特基勢(shì)壘樣品，光子能量大于其禁帶寬度的光束照射其肖特基勢(shì)壘區(qū)域可發(fā)出光熒光。其中的第一源表5提供給待測(cè)肖特基勢(shì)壘樣品4的正或負(fù)偏置電壓，對(duì)肖特基勢(shì)壘樣品4進(jìn)行電壓掃描和測(cè)量相應(yīng)偏置電壓下的電流。其中的匯聚光熒光的第二透鏡6對(duì)從肖特基勢(shì)壘樣品4發(fā)射出來(lái)的光熒光進(jìn)行匯聚，入射到其后的單色儀7的入射狹縫里。其中的單色儀7接收肖特基勢(shì)壘區(qū)域發(fā)出的光熒光，對(duì)光熒光進(jìn)行波長(zhǎng)掃描或選定某一波長(zhǎng)，入射到其后的探測(cè)器8里。其中的探測(cè)器8是光電二極管或光電倍增管，測(cè)量光熒光的強(qiáng)度特性。其中的計(jì)算機(jī)11控制單色儀7對(duì)光熒光進(jìn)行波長(zhǎng)掃描或選定某一出射波長(zhǎng)；計(jì)算機(jī)控制源表I和源表2，源表I實(shí)施對(duì)肖特基勢(shì)壘樣品的偏置電壓掃描，源表2接收相應(yīng)偏壓下的光熒光的強(qiáng)度，計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)信號(hào)處理，得到肖特基勢(shì)壘區(qū)域光熒光強(qiáng)度與偏置電壓的變化曲線，光突光強(qiáng)度在正向偏置電壓下隨正向電壓增加而開始穩(wěn)定時(shí)所對(duì)應(yīng)的偏置電壓(単位v)就是肖特基勢(shì)壘高度(単位eV)。實(shí)施例以測(cè)量非故意摻雜GaN、輕摻硅GaN肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器樣品的勢(shì)壘高度為例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明。首先測(cè)量非故意摻雜GaN肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器樣品的勢(shì)壘高度，其具體步驟如下步驟I :光源I使用325nm He-Cd激光器，激光束經(jīng)斬波器2斬波后，由聚焦第一透鏡3聚焦到非故意摻雜GaN肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域上，入射到肖特基區(qū)域時(shí)的光斑尺寸小于肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面。光斬波器2的同步輸出信號(hào)接到鎖相放、大器9的參考信號(hào)輸入端。步驟2 :調(diào)整非故意摻雜GaN肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器樣品及樣品臺(tái)，肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面與入射光束成一定角度，使肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面反射的光束不進(jìn)入?yún)R聚第二透鏡6和光譜儀7。步驟3 :—第一源表5使用源表2400與GaN肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器樣品連接，提供給肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器樣品的正或負(fù)偏置電壓，對(duì)肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器樣品進(jìn)行電壓掃描。步驟4 :一第二透鏡6，放在垂直于GaN肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面方向的前方，匯聚肖特基勢(shì)壘區(qū)域發(fā)出的光熒光，入射到其后的單色儀7的入射狹縫里。步驟5 :—單色儀7，接收GaN肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域發(fā)出的光熒光，對(duì)光熒光進(jìn)行波長(zhǎng)選定或掃描，入射到其后的探測(cè)器8里。如単色儀選定接近GaN禁帶寬度的波長(zhǎng)363. 2nm。步驟6 : —探測(cè)器8使用光電倍增管，測(cè)量GaN肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域不同偏壓下發(fā)出的光熒光經(jīng)単色儀選定波長(zhǎng)363. 2nm下的光強(qiáng)度；步驟7 :鎖相放大器9的信號(hào)輸入端與探測(cè)器8的信號(hào)輸出端相連，測(cè)量探測(cè)器8輸出端的信號(hào)。步驟8 :—第二源表10使用源表2400，與鎖相放大器9的輸出端相連，測(cè)量鎖相放大器9的輸出端電壓。步驟9: 一計(jì)算機(jī)11控制單色儀7、第一源表5 (源表2400)和第二源表10 (源表2400),實(shí)現(xiàn)第一源表5對(duì)非故意摻雜GaN肖特基勢(shì)魚光電探測(cè)器樣品的偏置電壓掃描，計(jì)算機(jī)接收肖特基勢(shì)壘區(qū)域在不同偏壓下發(fā)出的(単色儀7選定輸出波長(zhǎng)363. 2nm下)的光熒光強(qiáng)度數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)處理。得到非故意摻雜GaN肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域選定波長(zhǎng)下的光熒光強(qiáng)度與偏置電壓變化曲線Qundoped如圖2所示。從圖2中的曲線Qundoped可以看出當(dāng)正向偏置電壓處在小于I. 22V范圍內(nèi)，光熒光強(qiáng)度隨著正向偏壓的增加而增加；當(dāng)正向偏置電壓在等于或大于I. 22V范圍內(nèi)，光熒光強(qiáng)度隨著正向電壓增加而變化不明顯，強(qiáng)度比較穩(wěn)定；因此，在得到的肖特基勢(shì)壘區(qū)域光熒光強(qiáng)度與偏置電壓變化曲線Qundoped中，光熒光強(qiáng)度在正向偏置電壓下隨正向電壓增加而開始穩(wěn)定時(shí)所對(duì)應(yīng)的偏置電壓數(shù)值I. 22(単位V)就是非故意摻雜GaN肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器樣品的肖特基勢(shì)壘高度數(shù)值(単位eV)，其肖特基勢(shì)壘高度為I. 22eV。將測(cè)試樣品換成輕摻硅GaN肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器樣品重復(fù)上述測(cè)量過(guò)程，得到輕摻硅GaN肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域光熒光強(qiáng)度(選定波長(zhǎng)363. 2nm下)與偏置電壓的變化曲線Qdoped如圖2所示，其肖特基勢(shì)壘高度為0.86eV。為了驗(yàn)證本發(fā)明對(duì)測(cè)量非故意摻雜GaN、輕摻硅GaN肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器樣品勢(shì)壘高度的有效性，我們測(cè)量了兩樣品的電流-電壓(I-V)特性曲線，如圖3所示。根據(jù)肖特基勢(shì)壘樣品的ι-v特性公式/ = /, exp(^；-l)式中V是偏置電壓，Ist是飽和電流。當(dāng)V彡3kT/q時(shí)
I = /、，exp(-^-)
ml通過(guò)I-V特性曲線求得非故意摻雜GaN、輕摻硅GaN肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器樣品的飽和電流分別為Jstundoped = 3. 08Χ1(Γ16安培、Istdoped = 5. 15Χ1(Γη安培。根據(jù)肖特基勢(shì)壘飽和電流公式Ist^AiAr式中A*是理查德森常數(shù)，A*=26A/cm2 XK2 ；AS是GaN肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器樣品的面積，As = O. 0124cm2 ；k = 300K ;得到非故意摻雜GaN、輕摻硅GaN肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器樣品的勢(shì)壘高度分別是1. 20eV、0. 88eV。利用本發(fā)明的裝置和方法測(cè)得的非故意摻雜GaN、輕摻硅GaN肖特基勢(shì)壘光電探測(cè)器樣品的勢(shì)壘高度分別是I. 22eV、0. 86eV，基本與I-V特性分別測(cè)量相應(yīng)樣品的勢(shì)壘高度1. 20eV、0. 88eV 基本一致。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度的裝置，其特征在于，包括 一光源，用于提供該裝置的光信號(hào)源，以激發(fā)待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域，發(fā)出光熒光; 一光斬波器，用于對(duì)入射到待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域的光束斬波，同步輸出信號(hào)接到鎖相放大器的參考信號(hào)輸入端； 一第一透鏡，位于待測(cè)樣品前，匯聚光信號(hào)源發(fā)出的光束到待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域內(nèi)； 一待測(cè)樣品，放置在樣品臺(tái)上，該待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面與入射光束成一定角度，使肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面反射的光束不進(jìn)入?yún)R聚第二透鏡和光譜儀； 一第一源表，與待測(cè)樣品連接，用于向待測(cè)樣品提供正或負(fù)偏置電壓，對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行電壓掃描和測(cè)量相應(yīng)偏置電壓下的電流； 一第二透鏡，放置在垂直于待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面方向的前方，匯聚肖特基勢(shì)壘區(qū)域發(fā)出的光熒光，入射到其后的單色儀； 一單色儀，用于接收肖特基勢(shì)壘區(qū)域發(fā)出的光熒光，對(duì)光熒光進(jìn)行波長(zhǎng)選定或掃描，入射到其后的探測(cè)器； 一探測(cè)器，用于測(cè)量肖特基勢(shì)壘區(qū)域不同偏壓下發(fā)出的光熒光經(jīng)單色儀選定波長(zhǎng)下的光強(qiáng)度； 一鎖相放大器，鎖相放大器的信號(hào)輸入端與探測(cè)器的信號(hào)輸出端相連，用于測(cè)量探測(cè)器輸出端的信號(hào)； 一第二源表，與鎖相放大器的輸出端相連，用于測(cè)量鎖相放大器的輸出端電壓；以及 一計(jì)算機(jī)，用于控制單色儀、第一源表和第二源表，實(shí)現(xiàn)第一源表對(duì)肖特基勢(shì)壘樣品的偏置電壓掃描，從得到的肖特基勢(shì)壘區(qū)域選定波長(zhǎng)下的光熒光強(qiáng)度與偏置電壓變化曲線中確定肖特基勢(shì)壘高度數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度的裝置，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)接收肖特基勢(shì)壘區(qū)域在不同偏壓下發(fā)出的單色儀選定波長(zhǎng)下的光熒光強(qiáng)度數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)處理，得到肖特基勢(shì)壘區(qū)域選定波長(zhǎng)下的光熒光強(qiáng)度與偏置電壓變化曲線；當(dāng)正向偏置電壓處在小于肖特基勢(shì)壘高度值范圍內(nèi)，光熒光強(qiáng)度隨著正向偏壓的增加而增加；當(dāng)正向偏置電壓處在等于或大于肖特基勢(shì)壘高度值范圍內(nèi)，光熒光強(qiáng)度隨著正向電壓增加而變化不明顯，強(qiáng)度比較穩(wěn)定；因此，在得到的肖特基勢(shì)壘區(qū)域光熒光強(qiáng)度與偏置電壓變化曲線中，光熒光強(qiáng)度在正向偏置電壓下隨正向電壓增加而開始穩(wěn)定時(shí)所對(duì)應(yīng)的偏置電壓數(shù)值就是肖特基勢(shì)壘高度數(shù)值，其中偏置電壓數(shù)值的單位是V，肖特基勢(shì)壘高度數(shù)值的單位是eV。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度的裝置，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)控制單色儀對(duì)光熒光進(jìn)行波長(zhǎng)掃描或選定某一出射波長(zhǎng)；計(jì)算機(jī)控制第一源表和第二源表，第一源表實(shí)施對(duì)肖特基勢(shì)壘樣品的偏置電壓掃描和測(cè)量相應(yīng)偏置電壓下的電流，第二源表接收相應(yīng)偏壓下的光熒光的強(qiáng)度，計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)信號(hào)處理，得到肖特基勢(shì)壘區(qū)域光熒光強(qiáng)度與偏置偏壓變化曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度的裝置，其特征在于，所述光源為氦鎘激光器，或者為氙燈、鎢燈和氘燈中的一種光源經(jīng)單色儀選定波長(zhǎng)的光，其中經(jīng)單色儀選定波長(zhǎng)的光的光子能量大于待測(cè)樣品的禁帶寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度的裝置，其特征在于，所述第一透鏡將光源發(fā)出的光匯聚到待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域，入射到肖特基區(qū)域時(shí)的光斑尺寸小于肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度的裝置，其特征在于，所述待測(cè)樣品表面與入射光光束成一定夾角，入射光與待測(cè)樣品表面的反射光束有夾角，使反射光束不能入射到匯聚光熒光的第二透鏡和單色儀里。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度的裝置，其特征在于，所述待測(cè)樣品是直接帶隙半導(dǎo)體材料制成的肖特基勢(shì)壘樣品，光子能量大于其禁帶寬度的光束照射其肖特基勢(shì)壘區(qū)域可發(fā)出光熒光。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度的裝置，其特征在于，所述第一源表向待測(cè)樣品提供正或負(fù)偏置電壓，對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行電壓掃描。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度的裝置，其特征在于，所述匯聚光熒光的第二透鏡對(duì)從待測(cè)樣品發(fā)射出來(lái)的光熒光進(jìn)行匯聚，入射到其后的單色儀的入射狹縫。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度的裝置，其特征在于，所述單色儀接收肖特基勢(shì)壘區(qū)域發(fā)出的光熒光，對(duì)光熒光進(jìn)行波長(zhǎng)掃描或選定某一波長(zhǎng)，入射到其后的探測(cè)器。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度的裝置，其特征在于，所述探測(cè)器是光電二極管或光電倍增管，用于測(cè)量光熒光的強(qiáng)度特性。
12.—種應(yīng)用權(quán)利要求I所述裝置測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度的方法，其特征在于，包括 步驟I :光源發(fā)出的激光束經(jīng)斬波器斬波后，由第一透鏡聚焦到待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域上，入射到肖特基區(qū)域時(shí)的光斑尺寸小于肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面；光斬波器的同步輸出信號(hào)接到鎖相放大器的參考信號(hào)輸入端； 步驟2 :調(diào)整待測(cè)樣品及樣品臺(tái)，肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面與入射光束成一定角度，使肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面反射的光束不進(jìn)入?yún)R聚第二透鏡和光譜儀； 步驟3 :第一源表與待測(cè)樣品連接，向待測(cè)樣品提供正或負(fù)偏置電壓，對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行電壓掃描和測(cè)量相應(yīng)偏置電壓下的電流； 步驟4:第二透鏡放置在垂直于待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面方向的前方，匯聚肖特基勢(shì)壘區(qū)域發(fā)出的光熒光，入射到其后的單色儀的入射狹縫； 步驟5 :單色儀接收待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域發(fā)出的光熒光，對(duì)光熒光進(jìn)行波長(zhǎng)選定或掃描，入射到其后的探測(cè)器； 步驟6 :探測(cè)器測(cè)量樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域不同偏壓下發(fā)出的光熒光經(jīng)單色儀選定波長(zhǎng)下的光強(qiáng)度； 步驟7 :鎖相放大器的信號(hào)輸入端與探測(cè)器的信號(hào)輸出端相連，測(cè)量探測(cè)器輸出端的信號(hào); 步驟8 :第二源表與鎖相放大器的輸出端相連，測(cè)量鎖相放大器的輸出端電壓； 步驟9 :計(jì)算機(jī)控制單色儀、第一源表和第二源表，實(shí)現(xiàn)第一源表對(duì)樣品的偏置電壓掃描，計(jì)算機(jī)接收肖特基勢(shì)壘區(qū)域在不同偏壓下發(fā)出的光熒光強(qiáng)度數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)處理，得到待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域選定波長(zhǎng)下的光熒光強(qiáng)度與偏置電壓變化曲線，由該曲線得到待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘高度數(shù)值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測(cè)量肖特基勢(shì)壘高度的裝置及方法，包括光源、光斬波器、第一透鏡、待測(cè)樣品、第一源表、第二透鏡、單色儀、探測(cè)器、鎖相放大器、第二源表和計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)控制單色儀、第一源表和第二源表，實(shí)現(xiàn)第一源表對(duì)肖特基勢(shì)壘樣品的偏置電壓掃描，從得到的肖特基勢(shì)壘區(qū)域選定波長(zhǎng)下的光熒光強(qiáng)度與偏置電壓變化曲線中確定肖特基勢(shì)壘高度數(shù)值。利用本發(fā)明，由于肖特基勢(shì)壘高度是從測(cè)量的光熒光強(qiáng)度隨偏置電壓的變化特性中得到的，避免了器件邊沿并聯(lián)電阻漏電效應(yīng)對(duì)肖特基勢(shì)壘高度測(cè)量的影響，具有測(cè)量精度高、一致性好、非破壞性等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N21/64GK102735665SQ201210209958
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
發(fā)明者劉宗順, 江德生, 趙德剛, 陳平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所