डीप लेवल ट्रांसिएंट स्पेक्ट्रोस्कोपी (डीएलटीएस)

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डीप लेवल ट्रांसिएंट स्पेक्ट्रोस्कोपी (डीएलटीएस) एक प्रकार का प्रायोगिक उपकरण है जिसका उपयोग अर्धचालकों (सेमीकंडक्टर) में विद्युत रूप से सक्रिय विकारों (चार्ज कैरियर ट्रैप के रूप में जाना जाता है) का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। डीएलटीएस (DLTS) मौलिक विकार मापदंडों को स्थापित करता है और उनकी एकाग्रता को मापता है। कुछ मापदंडों को उनकी पहचान और विश्लेषण के लिए उपयोग किए जाने वाले विकार "उंगलियों के निशान" (फिंगर प्रिंट) के रूप में माना जाता है।

डीएलटीएस (DLTS) एक साधारण वैद्युतक उपकरण (इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस) के आवरक आवेश (स्पेस चार्ज) (अवक्षय क्षेत्र) क्षेत्र में उपस्थित विकारों की जांच करता है। शोट्की डायोड या पी-एन जंक्शन को सबसे अधिक प्रयोग में लाये जाते है। वोल्टेज पल्स, माप प्रक्रिया में स्थायी आवेश डायोड उत्क्रम ध्रुवीकरण वोल्टेज में विक्षुब्ध पैदा करता है। वोल्टेज पल्स स्पेस चार्ज क्षेत्र में विद्युत क्षेत्र को कम करता है और अर्धचालक से मुक्त वाहक को इस क्षेत्र में प्रवेश करने और उनके गैर-संतुलन चार्ज राज्य के कारण विकारों को पुनः ठीक करने अनुमति देता है। पल्स के बाद, जब वोल्टेज अपने स्थायी अवस्था मान पर लौटता है, तो विकार तापायनिक (थर्मल) उत्सर्जन प्रक्रिया के कारण फंसे हुए वाहक का उत्सर्जन फिरसे करने लगते हैं। तकनीक उपकरण आवरक आवेश (स्पेस चार्ज) क्षेत्र धारिता (कैपेसिटेंस) को देखती है जहां विकार स्तिथि आवेश (डिफेक्ट चार्ज स्टेट रिकवरी) पुनः धारिता (कैपेसिटेंस) क्षणिक (ट्रांसिएंट) का कारण बनती है। डिफेक्ट चार्ज स्टेट रिकवरी के बाद वोल्टेज पल्स को साइकल किया जाता है, जिससे दोष रिचार्जिंग प्रक्रिया विश्लेषण के लिए विभिन्न संकेत प्रसंस्करण (सिग्नल प्रोसेसिंग) विधियों के एक आवेदन की अनुमति मिलती है।

डीएलटीएस (DLTS) तकनीक में लगभग किसी भी अन्य अर्धचालक नैदानिक (सेमीकंडक्टर डायग्नोस्टिक) ​​तकनीक की तुलना में अधिक संवेदनशीलता है। उदाहरण के लिए, सिलिकॉन में, यह पदार्थ  समूह परमाणुओं के एक अंश से 1012 तक की सांद्रता में अशुद्धियों और विकारों  का पता लगा सकता है। इस विशेषता ने, इसको सरल तकनीकी  डिजाइन के कारण, इसे अनुसंधान प्रयोगशालाओं और अर्धचालक पदार्थ उत्पादन कारखानों में बहुत लोकप्रिय बना दिया।

डीएलटीएस (DLTS) तकनीक का प्रारम्भ डेविड वर्न लैंग ने 1974 में बेल लेबोरेटरीज में किया था।[1] लैंग को 1975 में अमेरिकी पेटेंट प्रदान किया गया था।[2]

डीएलटीएस (DLTS) विधियाँ

पारंपरिक डीएलटीएस (DLTS)

विशिष्ट पारंपरिक डीएलटीएस स्पेक्ट्रा

जब नमूना तापमान धीरे-धीरे भिन्न होता है (आमतौर पर तरल नाइट्रोजन तापमान की सीमा में कमरे के तापमान 300 K या उससे अधिक तक होता है) तब अभिबंधन प्रवर्धक (लॉक-इन एम्पलीफायर)[3] या डबल बॉक्स-कार एवरेजिंग तकनीकों का उपयोग करके पारंपरिक डीएलटीएस में कैपेसिटेंस ट्रांसजेंडर्स की जांच की जाती है। उपकरण संकेत आवृत्ति वोल्टेज पल्स पुनरावृत्ति दर है। पारंपरिक डीएलटीएस विधि में इस आवृत्ति (फ्रिक्वेन्सी) कुछ स्थिरांक (उपयोग किए गए हार्डवेयर के आधार पर) से गुणा की जाती है, जिसे "रेट विंडो" कहा जाता है। डीएलटीएस स्पेक्ट्रा की चोटियाँ तब दिखाई देती हैं जब तापमान स्कैन के दौरान किसी विकार से वाहकों की उत्सर्जन दर रेट विंडो के बराबर हो जाती है। बाद के डीएलटीएस स्पेक्ट्रा माप अलग-अलग रेट विंडो स्थापित करके एक अलग तापमान प्राप्त करते हैं, जिस पर कुछ चोटियां दिखाई देती हैं। उत्सर्जन दर और इसी तापमान जोड़े का एक सेट होने से एक अरेहेनियस प्लॉट बना सकता है, जो थर्मल उत्सर्जन प्रक्रिया के लिए विकार सक्रियण ऊर्जा की कटौती के लिए अनुमति देता है। आमतौर पर यह ऊर्जा (कभी -कभी विकार ऊर्जा स्तर कहा जाता है) प्लॉट इंटरसेप्ट वैल्यू के साथ -साथ इसकी पहचान या विश्लेषण के लिए उपयोग किए जाने वाले विकार पैरामीटर होते हैं। डीएलटीएस विश्लेषण के लिए कम विमुक्त वाहक घनत्व चालकता वाले नमूनों का भी उपयोग किया गया है।[4]

पारंपरिक तापमान स्कैन डीएलटीएस के अलावा, जिसमें डिवाइस स्थिर आवृत्ति पर स्पंदन करते समय तापमान बह जाता है, तापमान स्थिर रखा जा सकता है और पल्स आवृत्ति को घुमाया जा सकता है। इस तकनीक को आवृत्ति स्कैन डीएलटीएस कहा जाता है।[5] सिद्धांत रूप में, आवृत्ति और तापमान स्कैन डीएलटीएस को समान परिणाम प्राप्त करने चाहिए। फ़्रीक्वेंसी स्कैन डीएलटीएस विशेष रूप से तब उपयोगी होता है जब तापमान में आक्रामक परिवर्तन डिवाइस को हानि पहुँचा सकता है। उदाहरण: जब आवृत्ति स्कैन को उपयोगी दिखाया जाता है, तो यह है कि पतले और संवेदनशील गेट ऑक्साइड के साथ आधुनिक एमओएस (MOS) उपकरणों का अध्ययन करने के लिए है।[6]

डीएलटीएस का उपयोग प्रमात्रा बिन्दु (क्वांटम डॉट्स) और पेरोव्साइट सौर सेल का अध्ययन करने के लिए किया गया है।[7][8][9][10][11]

MCTS और अल्पसंख्यक-वाहक डीएलटीएस (DLTS)

स्कॉटकी (Schottky) डायोड के लिए, बहुसंख्यक वाहक एक रिवर्स बायस पल्स के अनुप्रयोग द्वारा देखे जाते हैं, जबकि अल्पसंख्यक वाहक जाल तब देखे जा सकते हैं जब रिवर्स बायस वोल्टेज पल्सेस को प्रकाश पल्सेस के साथ उपरोक्त सेमीकंडक्टर बैंडगैप स्पेक्ट्रल रेंज से फोटॉन ऊर्जा के साथ बदल दिया जाता है।[12][13] इस विधि को अल्पसंख्यक वाहक क्षणिक स्पेक्ट्रोस्कोपी (MCTS) कहा जाता है। पीएन जंक्शनों के लिए माइनॉरिटी कैरियर ट्रैप को फॉरवर्ड बायस पल्सेस के प्रयोग द्वारा भी देखा जा सकता है, जो स्पेस चार्ज क्षेत्र में माइनॉरिटी कैरियर्स को इंजेक्ट करते हैं।[14] डीएलटीएस भूखंडों में अल्पसंख्यक वाहक स्पेक्ट्रा को आमतौर पर बहुसंख्यक वाहक ट्रैप स्पेक्ट्रा के संबंध में आयाम के विपरीत संकेत के साथ चित्रित किया जाता है।

लाप्लास डीएलटीएस (DLTS)

डीएलटीएस के लिए उच्च रिज़ॉल्यूशन लैपलेस ट्रांसफॉर्म डीएलटीएस (एलडीएलटीएस) के रूप में जाना जाता है। लैपलेस (Laplace) डीएलटीएस एक इज़ोटेर्मल तकनीक है जिसमें कैपेसिटेंस ट्रांसजेंडर्स को डिजीटल किया जाता है और एक निश्चित तापमान पर औसत किया जाता है। फिर, प्रतिलोम लाप्लास परिवर्तन के समतुल्य होने वाले संख्यात्मक तरीकों का उपयोग करके विकार उत्सर्जन दर प्राप्त की जाती है। प्राप्त उत्सर्जन दरों को वर्णक्रमीय भूखंड के रूप में प्रस्तुत किया जाता है। [15] [16] पारंपरिक डीएलटीएस की तुलना में लाप्लास डीएलटीएस का मुख्य लाभ ऊर्जा संकल्प में पर्याप्त वृद्धि है जिसे यहां बहुत समान संकेतों को अलग करने की क्षमता के रूप में समझा जाता है।

लाप्लास डीएलटीएस एक अक्षीय तनाव के साथ संयोजन में दोष ऊर्जा स्तर के विभाजन में परिणाम देता है। गैर-समतुल्य अभिविन्यासों में दोषों के यादृच्छिक वितरण को मानते हुए, विभाजन रेखाओं की संख्या और उनकी तीव्रता अनुपात दिए गए विकार के समरूपता वर्ग [17] को दर्शाते हैं।

[18]

एमओएस संधारित्र (MOS Capacitors) के लिए एलडीएलटीएस (LDLTS) के आवेदन के लिए एक सीमा (रेंज) में उपकरण (डिवाइस) ध्रुवीकरण वोल्टेज की आवश्यकता होती है जहां अर्धचालक (सेमीकंडक्टर) से अर्धचालक-ऑक्साइड इंटरफेस में फर्मी स्तर को अर्धचालक बैंडगैप रेंज के भीतर इस अंतराफलक (इंटरफेस) को प्रतिच्छेद किया जाता है। इस अंतराफलक पर मौजूद इलेक्ट्रॉनिक इंटरफ़ेस राज्य ऊपर वर्णित दोषों के समान वाहकों को फंसा सकते हैं। यदि इलेक्ट्रॉनों या छिद्रों के साथ उनका अधिभोग एक छोटे वोल्टेज पल्स से परेशान होता है तो डिवाइस धारिता (कैपेसिटेंस) पल्स के बाद अपने प्रारंभिक मूल्य पर ठीक हो जाता है क्योंकि अंतराफलक आवेश वाहक उत्सर्जित करना प्रारम्भ कर देता है। इस पुनर्प्राप्ति प्रक्रिया का विश्लेषण विभिन्न डिवाइस ध्रुवीकरण वोल्टेज के लिए एलडीएलटीएस विधि से किया जा सकता है। इस तरह की एक प्रक्रिया अर्धचालक-ऑक्साइड (या ढांकता हुआ ) अंतराफलक (इंटरफेस) पर इंटरफ़ेस वैद्युतक (इलेक्ट्रॉनिक) आवेश के ऊर्जा आवेश वितरण को प्राप्त करने की अनुमति देती है। [19]

निरंतर-कैपेसिटेंस डीएलटीएस (DLTS)

सामान्य तौर पर, डीएलटीएस माप में धारिता क्षणिकाएँ (ट्रांसजेंडर्स) का विश्लेषण मानता है कि जांच किए गए एकाग्रता पदार्थ डोपिंग एकाग्रता से बहुत कम है। ऐसे मामलों में जब यह धारणा पूरी नहीं होती है, तब ट्रैप एकाग्रता के अधिक सटीक निर्धारण के लिए निरंतर धारिता डीएलटीएस (सीसीडीएलटीएस) विधि का उपयोग किया जाता है। [20] जब विकार रिचार्ज होते हैं और उनकी एकाग्रता अधिक होती है तो डिवाइस स्पेस क्षेत्र की चौड़ाई बदलती है जिससे कैपेसिटेंस क्षणिक का विश्लेषण गलत हो जाता है। डिवाइस बायस वोल्टेज को बदलकर कुल डिवाइस कैपेसिटेंस स्थिर रखने वाली अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनिक सर्किटरी कमी क्षेत्र की चौड़ाई स्थिर रखने में सहायता करती है। परिणाम स्वरूप, अलग-अलग डिवाइस वोल्टेज विकार पुनर्भरण प्रक्रिया को दर्शाता है। वर्ष 1982 में लाउ और लैम द्वारा फीडबैक सिद्धांत का उपयोग करते हुए सीसीडीएलटीएस (CCDLTS) प्रणाली का विश्लेषण प्रदान किया गया था।[21]

i-डीएलटीएस (DLTS) और पीआईटीएस (PITS)

डीएलटीएस के लिए महत्वपूर्ण कमी है: इसका उपयोग विद्युत् रोधी पदार्थ (इन्सुलेट मैटेरियल्स) के लिए नहीं किया जा सकता है। विकार विश्लेषण के लिए धारिता माप-आधारित डीएलटीएस विधियों को लागू नहीं किया जा सकता है। थर्मल रूप से उत्तेजित वर्तमान (टीएससी) (thermally stimulated current, TSC) (टीएससी) स्पेक्ट्रोस्कोपी के अनुभवों पर आधारित, वर्तमान संक्रमणों का विश्लेषण डीएलटीएस विधियों (आई-डीएलटीएस) के साथ किया जाता है, जहाँ प्रकाश पल्स का उपयोग डिफेक्ट ऑक्यूपेंसी डिस्टर्बेंस के लिए किया जाता है। इस पद्धति को कभी-कभी फोटोइंडेड ट्रांसिएंट स्पेक्ट्रोस्कोपी (PITS) कहा जाता है।[22] I-डीएलटीएस (DLTS) या पीआईटीएस (PITS) का उपयोग p-i-n डायोड के i- क्षेत्र में विकार का अध्ययन करने के लिए भी किया जाता है।

यह भी देखें

  • वाहक पीढ़ी और पुनर्संयोजन
  • ऊर्जा अंतराल
  • प्रभावी द्रव्यमान (ठोस-अवस्था भौतिकी)
  • स्कॉटकी (Schottky) डायोड
  • फ्रेनकेल विकार
  • शोट्की विकार
  • अर्धचालक उपकरण
  • वेकन्सी (रसायन विज्ञान)
  • कैपेसिटेंस वोल्टेज प्रोफाइलिंग
  • हाई-के डिएलेक्ट्रिक

संदर्भ

  1. ↑ Lang, D. V. (1974). "Deep-level transient spectroscopy: A new method to characterize traps in semiconductors". Journal of Applied Physics. AIP Publishing. 45 (7): 3023–3032. doi:10.1063/1.1663719. ISSN 0021-8979.
  2. ↑ [1], "Method for measuring traps in semiconductors", issued 1973-12-06 
  3. ↑ Elhami Khorasani, Arash; Schroder, Dieter K.; Alford, T. L. (2014). "A Fast Technique to Screen Carrier Generation Lifetime Using DLTS on MOS Capacitors". IEEE Transactions on Electron Devices. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). 61 (9): 3282–3288. doi:10.1109/ted.2014.2337898. ISSN 0018-9383.
  4. ↑ Fourches, N. (28 January 1991). "Deep level transient spectroscopy based on conductance transients". Applied Physics Letters. AIP Publishing. 58 (4): 364–366. doi:10.1063/1.104635. ISSN 0003-6951.
  5. ↑ Elhami Khorasani, Arash; Schroder, Dieter K.; Alford, T. L. (2014). "A Fast Technique to Screen Carrier Generation Lifetime Using DLTS on MOS Capacitors". IEEE Transactions on Electron Devices. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). 61 (9): 3282–3288. doi:10.1109/ted.2014.2337898. ISSN 0018-9383. S2CID 5895479.
  6. ↑ Elhami Khorasani, Arash; Schroder, Dieter K.; Alford, T. L. (2014). "A Fast Technique to Screen Carrier Generation Lifetime Using DLTS on MOS Capacitors". IEEE Transactions on Electron Devices. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). 61 (9): 3282–3288. doi:10.1109/ted.2014.2337898. ISSN 0018-9383. S2CID 5895479.
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बाहरी संबंध

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