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导纳谱应用于测量半导体中浅能级的研究

作　者: 袁豪
导　师: 陆昉
学　校: 复旦大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 导纳谱浅能级硼肖特基势垒载流子冻结塞曼效应
分类号: TN304
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文重点研究如何利用导纳谱测量半导体中的浅能级。第一部分主要研究与分析利用导纳谱测量半导体中浅能级的理论模拟计算。导纳谱是一种很强大的电学测量方法,在77K-300K温度范围内,通常被运用于测量半导体中的深能级,但是在利用导纳谱测量浅能级方面至今没有很系统的研究。本文的目的就是想通过浅能级导纳谱曲线的理论模拟,确定一种分析浅能级的最佳方法。在理论模拟中,所采用的统一模型中同时考虑了肖特基势垒电容和衬底电阻的变化对导纳谱的贡献。最后,通过分析理论模拟的曲线,确定了ω_r=A·exp（-Ea/K₀T）（A是一个与温度无关的常数）为最佳的分析方法,同时对于硼和磷的实验数据的计算分析也表明了这种方法的正确性。第二部分重点研究了利用导纳谱测量半导体中浅能级的塞曼效应。以往,半导体中浅能级的塞曼效应基本上都是靠光学方法测量的,而且光学方法测量的也只是基态能级和激发态能级之间的跃迁,而利用光学测量基态能级与价带之间的跃迁比较麻烦,同时要求测量温度很低,要达到mK甚至更低的温度。电学方法也一直没有在这个方面有很好的应用。在本文中,不仅利用了导纳谱测量到了半导体中的浅能级的激活能,同时还首次利用了导纳谱测量了磁场下基态能级与价带之间的跃迁的变化。显然,导纳谱在测量浅能级在磁场下分裂这个研究方向上有着光学方法所无法比拟的优点:（1）仪器简单,测量方便:（2）测量温度要求不高（20K-80K）。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章引言  7-16
  1-1 半导体中的杂质能级  7-9
    1-1-1 半导体中杂质能级的形成和作用  7-9
    1-1-2 半导体中杂质能级的测量手段  9
  1-2 用导纳谱对半导体中深能级的测量  9-12
    1-2-1 对深能级杂质的测量及原理  9-11
    1-2-2 对量子阱、量子点的激活能的测量  11-12
  1-3 用导纳谱对半导体浅能级的测量与问题  12-13
  1-4 本文的研究内容  13
  1-5 本文的基本结构  13-14
  参考文献  14-16
第二章导纳谱测量的样品制备和实验装置  16-22
  2-1 电容与电导的测量原理  16-17
  2-2 CV测试(Capacitance-Voltage Spectroscopy)  17-18
  2-3 导纳谱测试(Admittance Spectroscopy)  18-20
  2-4 样品电极的简单制备  20-21
  参考文献  21-22
第三章导纳谱应用于测量半导体中浅能级的理论模拟计算  22-42
  3-1 半导体肖特基势垒和体材料随温度的变化情况  22-26
    3-1-1 费米能级随温度的变化  22-23
    3-1-2 电离浅杂质浓度随温度的变化  23-24
    3-1-3 体电阻随温度的变化  24-25
    3-1-4 肖特基势垒宽度随温度和偏压的变化  25-26
  3-2 导纳谱的模拟  26-37
    3-2-1 肖特基势垒电容的计算  27-34
    3-2-2 衬底电阻的计算  34-37
  3-3 实验结果与分析  37-40
  3-4 结论  40-41
  参考文献  41-42
第四章导纳谱应用于测量半导体中浅能级的塞曼效应  42-55
  4-1 硅中硼能级的研究  42-47
    4-1-1 光学方法的测量结果  42-44
    4-1-2 磁场下价带的变化情况  44-45
    4-1-3 磁场下浅能级的变化情况  45-46
    4-1-4 导纳谱分析方法  46-47
  4-2 实验结果与分析  47-53
    4-2-1 费米能级的计算  47-48
    4-2-2 硼掺杂浓度的计算  48-49
    4-2-3 磁场下导纳谱的分析  49-53
  4-4 结论  53-54
  参考文献  54-55
第五章全文总结  55-56
致谢  56-57
附录:导纳谱模拟的程序代码  57-64

导纳谱应用于测量半导体中浅能级的研究

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