Deep-level transient spectroscopy
डीप-लेवल ट्रांसिएंट स्पेक्ट्रोस्कोपी (डी. एल. टी. एस.) अर्धचालकों में विद्युत सक्रिय दोषों (चार्ज कैरियर ट्रैप के रूप में जाना जाता है) का अध्ययन करने के लिए एक प्रयोगात्मक उपकरण है। डी. एल. टी. एस. मौलिक दोष मापदंडों को स्थापित करता है और सामग्री में उनकी सांद्रता को मापता है। कुछ मापदंडों को उनकी पहचान और विश्लेषण के लिए उपयोग किए जाने वाले दोष "फिंगर प्रिंट" के रूप में माना जाता है। डी. एल. टी. एस. एक साधारण इलेक्ट्रॉनिक उपकरण के अंतरिक्ष आवेश (कमी) क्षेत्र में मौजूद दोषों की जांच करता है। सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले स्कॉटकी डायोड या पी-एन जंक्शन हैं। मापन प्रक्रिया में स्थिर-अवस्था डायोड रिवर्स पोलराइजेशन वोल्टेज एक वोल्टेज पल्स द्वारा बाधित होता है। यह वोल्टेज पल्स अंतरिक्ष आवेश क्षेत्र में विद्युत क्षेत्र को कम कर देता है और अर्धचालक बल्क से मुक्त वाहकों को इस क्षेत्र में प्रवेश करने और दोषों को रिचार्ज करने की अनुमति देता है जिससे उनकी गैर-संतुलन आवेश स्थिति होती है। पल्स के बाद, जब वोल्टेज अपने स्थिर-अवस्था मूल्य पर लौटता है, तो दोष थर्मल उत्सर्जन प्रक्रिया के कारण फंसे हुए वाहकों को उत्सर्जित करना शुरू कर देते हैं। तकनीक उपकरण अंतरिक्ष आवेश क्षेत्र धारिता का निरीक्षण करती है जहाँ दोष आवेश अवस्था पुनर्प्राप्ति धारिता क्षणिक का कारण बनती है। दोष चार्ज अवस्था पुनर्प्राप्ति के बाद वोल्टेज पल्स को चक्रीय किया जाता है जो दोष पुनर्भरण प्रक्रिया विश्लेषण के लिए विभिन्न संकेत प्रसंस्करण विधियों के अनुप्रयोग की अनुमति देता है। डी. एल. टी. एस. तकनीक में लगभग किसी भी अन्य अर्धचालक नैदानिक तकनीक की तुलना में अधिक संवेदनशीलता है। उदाहरण के लिए, सिलिकॉन में यह पदार्थ मेजबान परमाणुओं के 1012 में एक भाग की सांद्रता पर अशुद्धियों और दोषों का पता लगा सकता है। अपने डिजाइन की तकनीकी सरलता के साथ इस विशेषता ने इसे अनुसंधान प्रयोगशालाओं और अर्धचालक सामग्री उत्पादन कारखानों में बहुत लोकप्रिय बना दिया। डी. एल. टी. एस. तकनीक का बीड़ा 1974 में बेल लैबोरेटरीज में डेविड वर्न लैंग ने उठाया था। 1975 में लैंग को एक अमेरिकी पेटेंट प्रदान किया गया था। डी. एल. टी. एस. विधियाँ पारंपरिक डी. एल. टी. एस. में कैपेसिटेंस ट्रांसिएंट की जांच एक लॉक-इन एम्पलीफायर या डबल बॉक्स-कार औसत तकनीक का उपयोग करके की जाती है जब नमूना तापमान धीरे-धीरे भिन्न होता है (आमतौर पर तरल नाइट्रोजन तापमान से लेकर कमरे के तापमान 300 के या उससे अधिक की सीमा में)। उपकरण संदर्भ आवृत्ति वोल्टेज पल्स पुनरावृत्ति दर है। पारंपरिक डी. एल. टी. एस. विधि में इस आवृत्ति को कुछ स्थिरांक (उपयोग किए गए हार्डवेयर के आधार पर) से गुणा करने को "रेट विंडो" कहा जाता है। तापमान स्कैन के दौरान, शिखर तब दिखाई देते हैं जब किसी दोष से वाहक की उत्सर्जन दर दर खिड़की के बराबर होती है। बाद के डी. एल. टी. एस. स्पेक्ट्रा मापों में अलग-अलग दर खिड़कियां स्थापित करके अलग-अलग तापमान प्राप्त किया जाता है जिस पर कुछ विशेष शिखर दिखाई देता है। उत्सर्जन दर और संबंधित तापमान जोड़े का एक सेट होने पर एक अरहेनियस प्लॉट बनाया जा सकता है, जो थर्मल उत्सर्जन प्रक्रिया के लिए दोष सक्रियण ऊर्जा की कटौती की अनुमति देता है। आम तौर पर यह ऊर्जा (जिसे कभी-कभी दोष ऊर्जा स्तर कहा जाता है) प्लॉट अवरोधन मूल्य के साथ मिलकर इसकी पहचान या विश्लेषण के लिए उपयोग किए जाने वाले दोष मापदंड होते हैं। डी. एल. टी. एस. विश्लेषण के लिए कम मुक्त वाहक घनत्व वाले नमूनों पर चालकता पारगमन का भी उपयोग किया गया है। पारंपरिक तापमान स्कैन डी. एल. टी. एस. के अलावा, जिसमें उपकरण को स्थिर आवृत्ति पर स्पंदित करते समय तापमान को बहाया जाता है, तापमान को स्थिर रखा जा सकता है और स्पंदन आवृत्ति को साफ किया जा सकता है। इस तकनीक को आवृत्ति स्कैन डी. एल. टी. एस. कहा जाता है। सिद्धांत रूप में आवृत्ति और तापमान स्कैन डी. एल. टी. एस. से समान परिणाम मिलने चाहिए। आवृत्ति स्कैन डी. एल. टी. एस. विशेष रूप से तब उपयोगी होता है जब तापमान में एक आक्रामक परिवर्तन उपकरण को नुकसान पहुँचा सकता है। एक उदाहरण जब आवृत्ति स्कैन को उपयोगी दिखाया जाता है, वह है पतले और संवेदनशील गेट ऑक्साइड वाले आधुनिक एम. ओ. एस. उपकरणों का अध्ययन करना। डी. एल. टी. एस. का उपयोग क्वांटम डॉट्स और पेरोव्स्काइट सौर कोशिकाओं का अध्ययन करने के लिए किया गया है। एम. सी. टी. एस. और माइनॉरिटी-कैरियर डी. एल. टी. एस. स्कॉटकी डायोड के लिए, बहुसंख्यक वाहक ट्रैप को रिवर्स बायस पल्स के अनुप्रयोग द्वारा देखा जाता है, जबकि माइनॉरिटी वाहक ट्रैप को तब देखा जा सकता है जब रिवर्स बायस वोल्टेज पल्स को उपरोक्त सेमीकंडक्टर बैंडगैप स्पेक्ट्रल रेंज से फोटॉन ऊर्जा के साथ लाइट पल्स के साथ प्रतिस्थापित किया जाता है। इस विधि को माइनॉरिटी कैरियर ट्रांसिएंट स्पेक्ट्रोस्कोपी (एमसीटीएस) कहा जाता है। पी-एन जंक्शनों के लिए अल्पसंख्यक वाहक जाल को आगे की ओर झुकाव वाली दालों के उपयोग से भी देखा जा सकता है, जो अंतरिक्ष आवेश क्षेत्र में अल्पसंख्यक वाहकों को इंजेक्ट करते हैं। डी. एल. टी. एस. 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। डी. एल. टी. एस. का एक विस्तार है जिसे उच्च संकल्प लाप्लास परिवर्तन डी. एल. टी. एस. (एल. डी. एल. टी. एस.) के रूप में जाना जाता है। लाप्लास डी. एल. टी. एस. एक आइसोथर्मल तकनीक है जिसमें कैपेसिटेंस ट्रांसिएंट को डिजिटल किया जाता है और एक निश्चित तापमान पर औसत किया जाता है। फिर दोष उत्सर्जन दर को संख्यात्मक तरीकों के उपयोग के साथ प्राप्त किया जाता है जो व्युत्क्रम लाप्लास परिवर्तन के बराबर होता है। प्राप्त उत्सर्जन दरों को वर्णक्रमीय भूखंड के रूप में प्रस्तुत किया जाता है। पारंपरिक डी. एल. टी. एस. की तुलना में लाप्लास डी. एल. टी. एस. का मुख्य लाभ ऊर्जा संकल्प में पर्याप्त वृद्धि है जिसे यहाँ बहुत समान संकेतों को अलग करने की क्षमता के रूप में समझा जाता है। एक अक्षीय तनाव के साथ संयोजन में लाप्लास डी. एल. टी. एस. के परिणामस्वरूप दोष ऊर्जा स्तर का विभाजन होता है। गैर-समतुल्य अभिविन्यासों में दोषों के यादृच्छिक वितरण को मानते हुए, विभाजित रेखाओं की संख्या और उनकी तीव्रता अनुपात दिए गए दोष के समरूपता वर्ग को दर्शाते हैं। एम. ओ. एस. संधारित्रों में एल. डी. एल. टी. एस. के अनुप्रयोग के लिए एक सीमा में उपकरण ध्रुवीकरण वोल्टेज की आवश्यकता होती है जहां अर्धचालक से अर्धचालक-ऑक्साइड इंटरफेस तक एक्सट्रापोलेटेड फर्मी स्तर इस इंटरफेस को अर्धचालक बैंडगैप सीमा के भीतर काटता है। इस इंटरफेस पर मौजूद इलेक्ट्रॉनिक इंटरफेस स्थितियाँ ऊपर वर्णित दोषों के समान वाहक को फँसा सकती हैं। यदि इलेक्ट्रॉनों या छिद्रों के साथ उनकी अधिभोग एक छोटी वोल्टेज पल्स द्वारा बाधित होती है, तो डिवाइस कैपेसिटेंस पल्स के बाद अपने प्रारंभिक मूल्य पर ठीक हो जाती है क्योंकि इंटरफेस स्थितियां वाहक उत्सर्जित करना शुरू कर देती हैं। विभिन्न उपकरण ध्रुवीकरण वोल्टेज के लिए एल. डी. एल. टी. एस. विधि के साथ इस पुनर्प्राप्ति प्रक्रिया का विश्लेषण किया जा सकता है। इस तरह की प्रक्रिया सेमीकंडक्टर-ऑक्साइड (या परावैद्युत) इंटरफेस पर इंटरफेस इलेक्ट्रॉनिक अवस्थाओं के ऊर्जा अवस्था वितरण को प्राप्त करने की अनुमति देती है। स्थिर-कैपेसिटेंस डी. एल. टी. एस. सामान्य तौर पर, डी. एल. टी. एस. मापों में कैपेसिटेंस ट्रांसिएंट का विश्लेषण यह मानता है कि जांच किए गए जाल की सांद्रता सामग्री डोपिंग सांद्रता की तुलना में बहुत कम है। ऐसे मामलों में जब यह धारणा पूरी नहीं होती है तो ट्रैप सांद्रता के अधिक सटीक निर्धारण के लिए स्थिर धारिता डीएलटीएस (सीसीडीएलटीएस) विधि का उपयोग किया जाता है। जब दोष पुनर्भरण करते हैं और उनकी सांद्रता अधिक होती है तो उपकरण अंतरिक्ष क्षेत्र की चौड़ाई भिन्न होती है जिससे कैपेसिटेंस क्षणिक का विश्लेषण गलत हो जाता है। उपकरण के बायस वोल्टेज को बदलकर कुल उपकरण धारिता स्थिर बनाए रखने वाली अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनिक सर्किटरी, ह्रास क्षेत्र की चौड़ाई को स्थिर रखने में मदद करती है। नतीजतन, अलग-अलग उपकरण वोल्टेज दोष पुनर्भरण प्रक्रिया को दर्शाता है। प्रतिक्रिया सिद्धांत का उपयोग करते हुए सी. सी. डी. एल. टी. एस. प्रणाली का एक विश्लेषण 1982 में लाउ और लैम द्वारा प्रदान किया गया था। आई-डी. एल. टी. एस. और पी. आई. टी. एस. डी. एल. टी. एस. के लिए एक महत्वपूर्ण कमी हैः इसका उपयोग इन्सुलेट सामग्री के लिए नहीं किया जा सकता है। (नोटः एक अवाहक को एक बहुत बड़ा बैंडगैप अर्धचालक माना जा सकता है।) इन्सुलेट सामग्री के लिए एक अंतरिक्ष क्षेत्र वाले उपकरण का उत्पादन करना मुश्किल या असंभव है जिसके लिए चौड़ाई को बाहरी वोल्टेज पूर्वाग्रह द्वारा बदला जा सकता है और इस प्रकार दोष विश्लेषण के लिए धारिता माप-आधारित डीएलटीएस विधियों को लागू नहीं किया जा सकता है। थर्मल स्टिमुलेटेड करंट (टी. एस. सी.) स्पेक्ट्रोस्कोपी के अनुभवों के आधार पर, वर्तमान ट्रांसिएंट का विश्लेषण डी. एल. टी. एस. विधियों (आई-डी. एल. टी. एस.) के साथ किया जाता है, जहां दोष अधिभोग विक्षोभ के लिए प्रकाश स्पंद का उपयोग किया जाता है। साहित्य में इस विधि को कभी-कभी फोटोइंड्यूस्ड ट्रांसिएंट स्पेक्ट्रोस्कोपी (पीआईटीएस) कहा जाता है। आई-डी. एल. टी. एस. या पी. आई. टी. एस. का उपयोग पी-आई-एन डायोड के आई-क्षेत्र में दोषों का अध्ययन करने के लिए भी किया जाता है। वाहक उत्पादन और पुनर्संयोजन बैंडगैप प्रभावी द्रव्यमान स्कॉटकी डायोड फ्रेंकल दोष स्कॉटकी दोष अर्धचालक उपकरण रिक्ति (रसायन विज्ञान) क्षमता वोल्टेज प्रोफाइलिंग उच्च-के परावैद्युत संदर्भ बाहरी लिंक अर्धचालकों में दोषों के डीएलटीएस संकेतों का डेटाबेस अर्धचालकों में दोषों का डेटाबेस अर्धचालक विश्लेषण स्पेक्ट्रोस्कोपी