Die Messung der Elektronen- und Lochkonzentrationen in Halbleitern ist für das Verständnis ihrer elektrischen Eigenschaften von wesentlicher Bedeutung. Genaue Messungen helfen bei der Entwicklung und Optimierung elektronischer Geräte. Zur effektiven Bestimmung dieser Trägerkonzentrationen werden verschiedene Techniken verwendet.

Halleffektmessung

Der Hall-Effekt ist eine gängige Methode zur Messung von Trägerkonzentrationen, bei der senkrecht zu einem durch den Halbleiter fließenden Strom ein Magnetfeld angelegt wird, wobei die resultierende Spannung, die sogenannte Hall-Spannung, zur Berechnung der Trägerdichte verwendet wird.

Die Hauptschritte umfassen die Vorbereitung einer Probe, das Anlegen eines Magnetfeldes und die Messung der Hallspannung, wobei die Trägerkonzentration aus dem Hallkoeffizienten abgeleitet wird, der die Hallspannung mit dem Strom und dem Magnetfeld in Beziehung setzt.

Kapazitäts-Spannungs-Profiling (C-V)

C-V-Profiling wird hauptsächlich für Halbleiterübergänge wie Dioden und MOS-Kondensatoren verwendet und misst die Kapazität in Abhängigkeit von der angelegten Spannung, um Dotierungsprofile und Trägerkonzentrationen zu bestimmen.

Durch die Analyse der C-V-Kurve kann die Dotierungskonzentration und damit die freie Trägerdichte berechnet werden, was sich insbesondere zur Profilierung der Tiefenverteilung von Trägern im Halbleiter eignet.

Optische Techniken

Optische Methoden wie Photolumineszenz- und Absorptionsspektroskopie bieten zerstörungsfreie Möglichkeiten, um die Trägerkonzentrationen zu schätzen, wobei diese Verfahren das emittierte oder absorbierte Licht analysieren, um auf elektronische Eigenschaften zu schließen.

Beispielsweise korreliert die Intensität von Photolumineszenzsignalen mit der Anzahl der freien Träger, die zur Charakterisierung von Halbleitern ohne physischen Kontakt geeignet sind.

Zusammenfassung der Techniken

  • Halleffektmessung
  • Kapazitäts-Spannungsprofilierung
  • Optische Techniken