थर्मली स्टिम्युलेटेड करंट स्पेक्ट्रोस्कोपी

थर्मली स्टिम्युलेटेड करंट (टीएससी) स्पेक्ट्रोस्कोपी (तापीय रूप से उत्तेजित विध्रुवण धारा के साथ भ्रमित न हों) प्रायोगिक तकनीक है जिसका उपयोग अर्धचालक या थर्मल इन्सुलेशन (कार्बनिक या अकार्बनिक) में ऊर्जा स्तर का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। ऊर्जा के स्तर को पहले या तो ऑप्टिकल या विद्युत इंजेक्शन द्वारा आमतौर पर अपेक्षाकृत कम तापमान पर भरा जाता है, बाद में इलेक्ट्रॉनों या छिद्रों को उच्च तापमान पर गर्म करके उत्सर्जित किया जाता है। उत्सर्जित धारा का वक्र रिकॉर्ड किया जाएगा और तापमान के विरुद्ध प्लॉट किया जाएगा, जिसके परिणामस्वरूप टीएससी स्पेक्ट्रम प्राप्त होगा। टीएससी स्पेक्ट्रा का विश्लेषण करके अर्धचालक या इन्सुलेटर में ऊर्जा स्तर के संबंध में जानकारी प्राप्त की जा सकती है।

जब नमूना तापमान बढ़ाया जा रहा हो तो उत्सर्जित वाहकों के प्रवाह के लिए प्रेरक बल की आवश्यकता होती है। यह प्रेरक शक्ति विद्युत क्षेत्र या तापमान प्रवणता हो सकती है। आमतौर पर, अपनाई जाने वाली प्रेरक शक्ति विद्युत क्षेत्र है; हालाँकि, इलेक्ट्रॉन जाल और छेद जाल को अलग नहीं किया जा सकता है। यदि अपनाया गया प्रेरक बल तापमान प्रवणता है, तो इलेक्ट्रॉन जाल और छेद जाल को धारा के संकेत से अलग किया जा सकता है। पूर्व-यूगोस्लाविया के 2 वैज्ञानिकों (सैंटिक और डेस्निका) के अनुसार तापमान प्रवणता पर आधारित टीएससी को थर्मोइलेक्ट्रिक इफेक्ट स्पेक्ट्रोस्कोपी (टीईईएस) के रूप में भी जाना जाता है; उन्होंने सेमी-इंसुलेटिंग गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) पर अपनी तकनीक का प्रदर्शन किया। (नोट: तापमान प्रवणता पर आधारित टीएससी का आविष्कार सैंटिक और डेस्निका से पहले किया गया था और इसे कार्बनिक प्लास्टिक सामग्री के अध्ययन के लिए लागू किया गया था। हालांकि, सैंटिक और डेस्निका ने तकनीकी रूप से महत्वपूर्ण अर्धचालक सामग्री का अध्ययन करने के लिए तापमान प्रवणता के आधार पर टीएससी को लागू किया और नया नाम गढ़ा। टीज़, इसके लिए।)

ऐतिहासिक रूप से, फ़्रेई और ग्रोएट्ज़िंगर ने 1936 में इलेक्ट्रेट्स के संलयन के दौरान विद्युत ऊर्जा की मुक्ति (जर्मन में मूल शीर्षक का अंग्रेजी अनुवाद) शीर्षक के साथ जर्मन में पेपर प्रकाशित किया था। यह टीएससी पर पहला पेपर हो सकता है। गहरे स्तर के क्षणिक स्पेक्ट्रोस्कोपी (डीएलटीएस) के आविष्कार से पहले, थर्मली उत्तेजित वर्तमान (टीएससी) स्पेक्ट्रोस्कोपी अर्धचालकों में जाल का अध्ययन करने के लिए लोकप्रिय तकनीक थी। आजकल, शोट्की डायोड या पी-एन जंक्शनों में जाल के लिए, डीएलटीएस जाल का अध्ययन करने की मानक विधि है। हालाँकि, DLTS में महत्वपूर्ण कमी है: इसका उपयोग इन्सुलेशन सामग्री के लिए नहीं किया जा सकता है जबकि TSC को ऐसी स्थिति में लागू किया जा सकता है। (नोट: इन्सुलेटर को बहुत बड़े बैंडगैप सेमीकंडक्टर के रूप में माना जा सकता है।) इसके अलावा, मानक क्षणिक कैपेसिटेंस आधारित डीएलटीएस विधि पिन डायोड के आई-क्षेत्र में जाल के अध्ययन के लिए बहुत अच्छी नहीं हो सकती है जबकि क्षणिक वर्तमान आधारित है डीएलटीएस (आई-डीएलटीएस) अधिक उपयोगी हो सकता है।

टीएससी का उपयोग अर्ध-इन्सुलेटिंग गैलियम आर्सेनाइड (जीएएएस) सब्सट्रेट्स में जाल का अध्ययन करने के लिए किया गया है। इसे परमाणु अनुसंधान में उपयोग किए जाने वाले कण डिटेक्टरों या अर्धचालक डिटेक्टरों के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्रियों पर भी लागू किया गया है, उदाहरण के लिए, उच्च प्रतिरोधकता वाले सिलिकॉन, कैडमियम टेलुराइड (सीडीटीई), आदि। टीएससी को विभिन्न कार्बनिक इंसुलेटर पर भी लागू किया गया है। टीएससी इलेक्ट्रेट अनुसंधान के लिए उपयोगी है। टीएससी के अधिक उन्नत संशोधनों को अल्ट्राथिन हाई-के ढांकता हुआ पतली फिल्मों में जाल का अध्ययन करने के लिए लागू किया गया है। डब्ल्यू.एस. लाउ (एल एयू डब्ल्यू शि से प्यार करता हूँ , सिंगापुर गणराज्य) ने अल्ट्राथिन टैंटलम पेंटोक्साइड नमूनों पर शून्य-पूर्वाग्रह थर्मली उत्तेजित धारा या शून्य-तापमान-ढाल शून्य-पूर्वाग्रह थर्मली उत्तेजित धारा लागू की। कुछ उथले जाल वाले नमूनों के लिए जिन्हें कम तापमान पर भरा जा सकता है और कुछ गहरे जाल जिन्हें केवल उच्च तापमान पर भरा जा सकता है, दो-स्कैन टीएससी उपयोगी हो सकता है जैसा कि 2007 में लाउ ने सुझाव दिया था। टीएससी को हेफ़नियम ऑक्साइड पर भी लागू किया गया है।

टीएससी तकनीक का उपयोग ढांकता हुआ सामग्री और पॉलिमर का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। चरम मापदंडों की गणना करने के लिए इस तकनीक के लिए प्रतिक्रिया वक्र का वर्णन करने के लिए विभिन्न सिद्धांत बनाए गए थे, जो कि सक्रियण ऊर्जा और विश्राम समय हैं।

संदर्भ

• von Heinrich Frei and Gerhart Groetzinger, "Liberation of electrical energy during the fusion of electrets" (English translation of the original title in German), Physikalische Zeitschrift, vol. 37, pp. 720–724 (October 1936). (Note: This may be the first publication on thermally stimulated current.)
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• Lau, W. S.; Wong, K. F.; Han, Taejoon; Sandler, Nathan P. (2006-04-24). "Application of zero-temperature-gradient zero-bias thermally stimulated current spectroscopy to ultrathin high-dielectric-constant insulator film characterization". Applied Physics Letters. AIP Publishing. 88 (17): 172906. Bibcode:2006ApPhL..88q2906L. doi:10.1063/1.2199590. ISSN 0003-6951.
• Lau, W. S. (2007-05-28). "Similarity between the first ionized state of the oxygen vacancy double donor in tantalum oxide and the first ionized state of the cadmium vacancy double acceptor in cadmium sulfide". Applied Physics Letters. AIP Publishing. 90 (22): 222904. Bibcode:2007ApPhL..90v2904L. doi:10.1063/1.2744485. ISSN 0003-6951. (Note: This paper explains two-scan thermally stimulated current spectroscopy.)
• Yousif, M. Y. A.; Johansson, M.; Engström, O. (2007-05-14). "Extremely small hole capture cross sections in HfO₂ / Hf_xSi_yO_z / p-Si structures". Applied Physics Letters. AIP Publishing. 90 (20): 203506. Bibcode:2007ApPhL..90t3506Y. doi:10.1063/1.2740188. ISSN 0003-6951.