طیف سنجی زودگذر سطح عمیق

طیف سنجی زودگذر سطح عمیق ( DLTS ) یک وسیله تجربی برای مطالعه نواقص فعال الکتریکی ( معروف به دام های حامل بار ) در نیمه رساناها است. DLTSمقدارهای معلوم و مشخص نقص اساسی را ایجاد می کند و غلظت آنها را در ماده اندازه گیری می کند. برخی از پارامترها به عنوان «اثر انگشت» عیب در نظر گرفته می شوند که برای شناسایی و تجزیه و تحلیل آنها مورد استفاده قرار می گیرند.
DLTS نواقص موجود در ناحیه شارژ فضایی ( تخلیه شدن ) یک دستگاه الکترونیکی ساده را بررسی می کند. رایج ترین آنها دیودهای شاتکی یا پیوندهای p - n هستند. در فرایند اندازه گیری، ولتاژ قطبی دیود حالت پایدار معکوس توسط یک پردازش سیگنال ولتاژ مختل می گردد. این پردازش سیگنال ولتاژ میدان الکتریکی را در ناحیه فضایی بار کاهش می دهد و به حامل های آزاد از بخش نیمه رسانا اجازه می دهد تا به این ناحیه نفوذ کرده و عیوب را دوباره شارژ کنند که باعث حالت غیرتعادلی بار آنها می گردد. پس از پردازش سیگنال، زمانی که ولتاژ به مقدار ثابت خود بر می گردد، نواقص به دلیل فرایند انتشار حرارتی شروع به انتشار حامل های به دام افتاده خود می کنند. این روش ظرفیت خازنی ناحیه فضایی شارژ دستگاه را مورد بررسی قرار می دهد که در آن بازیابی حالت شارژ نقص باعث ظرفیت خازن زودگذر می گردد. پردازش سیگنال ولتاژ به دنبال بازیابی حالت شارژ نقص چرخه می گردد و امکان استفاده از روش های مختلف پردازش سیگنال برای تجزیه و تحلیل فرایند شارژ مجدد عیب را فراهم می سازد.
روش DLTS تقریباً از هر روش تشخیص نیمه رسانا دیگری حساسیت بالاتری دارا می باشد. به عنوان نمونه، در سیلیسیم می تواند ناخالصی ها و نواقص را در غلظت یک قسمت در ۱۲^۱۰ اتم میزبان ماده تشخیص دهد. این ویژگی به همراه طراحی فنی ساده اش، آن را در آزمایشگاه های تحقیقاتی و کارخانه های تولید مواد نیمه رسانا بسیار محبوب کرده است.
روش DLTS توسط دیوید ورن لانگ در آزمایشگاه های بل در سال ۱۹۷۴ پیشقدم شده بود. [ ۱] در سال ۱۹۷۵ حق ثبت اختراع ایالات متحده به لانگ اعطا شد. [ ۲]
در DLTS معمولی، ظرفیت زودگذر با استفاده روش تقویت کننده قفل[ ۳] یا دو برابر میانگین ماشین جعبه ای زمانی که دمای نمونه به تدریج در حال تغییر است ( معمولا در محدوده ای ازدمای نیتروژن مایع تا دمای اتاق ۳۰۰ کلوین یا بالاتر ) مورد بررسی قرار می گیرد. فرکانس مرجع تجهیزات نرخ تکرار پردازش سیگنال ولتاژ است. در روشی متداول این فرکانس ضرب در مقداری ثابت ( بسته به سخت افزاری که مورد استفاده قرار می گیرد ) «نرخ پنجره» نامیده می شود. در طول اسکن دما، زمانی پیک ها ظاهر می شود که میزان انتشار از حامل ها از برخی از عیوب برابر نرخ پنجره باشد. با تنظیم نرخ پنجره های متفاوت در اندازه گیری های طیفی DLTS بعدی به دماهای متفاوتی دست می یابد که پیک خاصی ظاهر می شود. داشتن مجموعه ای از نرخ انتشار و جفت دما مربوطه می تواند یک نمودار آرنیوس، که امکان کسر نقص را فراهم می کند انرژی فعال سازی برای فرایند انتشار حرارتی. معمولاً این انرژی ( گاهی اوقات سطح انرژی نقص نامیده می شود ) همراه با مقداری قطع نمودار پارامترهای نقص هستند که برای شناسایی یا تجزیه و تحلیل استفاده می شوند. در نمونه هایی که چگالی رسانایی حامل کم زودگذر دارند نیز برای تجزیه و تحلیل DLTS استفاده شده است. [ ۴]