Polovodiče, ale aj iné materiály, obsahujú defekty. Pokiaľ má niečo defekt, nasledujú problémy, veci nefungujú tak, ako majú, materiál nemá také využitie, aké by bolo žiaduce, aj kvalita výrobného procesu sa znižuje.
Vplyv takého defektu si môžeme ukázať na stručnom príklade. Pri solárnom článku (fotovoltickom) sa generujú páry elektrón – diera. Na vedení prúdu sa podieľajú elektróny. Ak sa takýto elektrón zachytí na defekte, následne sa nezúčastňuje na vedení prúdu. Nech sa pri dopade slnečného žiarenia vygeneruje 1 000 elektrónov, z nich sa zachytí 500. Vidíme, že ich účinnosť je znížená na polovicu kvôli defektom.
„Je tam pochopiteľne viac príčin, ktoré znižujú účinnosť. Ďalej defekty vplývajú napríklad aj na spínacie rýchlosti polovodiča. Pri výrobe polovodičov je samozrejmé, že treba defekty nejako eliminovať. Najprv ich však potrebujeme zmerať, analyzovať,“ uvádza Ing. Jaroslav Rusnák, PhD. z Fyzikálneho ústavu SAV, zodpovedný riešiteľ projektu Výskum skreslenia DLTS signálov.
Metóda DLTS
Využívajú pritom dobre známu metódu DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy), resp. spektroskopiu. Realizačným tím tak skúma príčiny skreslenia prechodových javov DLTS signálov.
Princíp metodiky spektroskopie je podľa zodpovedného riešiteľa projektu taký, že vzorka polovodiča sa ohrieva, a zároveň sa opakovane aplikuje budiaci impulz s definovaným napätím, dobou trvania impulzu a jeho periódy. Po ukončení trvania impulzu vedci sledujú prechodový jav na jednotlivý budiaci impulz pri danej teplote. Tento prechodový jav je vo všeobecnosti exponenciálneho tvaru. „Následne pri danej teplote snímame hodnoty v definovaných časoch a počítame DLTS signál. Pomocou Arrheniusovho grafu sa určia tzv. aktivačné energie. Ide o jeden z dôležitých parametrov defektov. Metodika, ktorú vyvinul D.V. Lang, je pre exponenciálny tvar prechodového javu. V polovodiči sa však nachádza spektrum defektov, čo pochopiteľne vnáša nepresnosť analýzy.“
Ilustrácia prechodového javu a jeho dekompozícia (Ilustráciu poskytol Ing. Jaroslav Rusnák, PhD.)
Čierna krivka predstavuje nameraný signál a červená a zelená dekomponovaný (rozložený) signál nameraného prechodového javu. V tomto prípade má dve zložky, môže ich však byť aj viac. Na os X sa vynáša čas a na os Y hodnota prechodového signálu. Môže to byť napätie, náboj a podobne. Veľmi zjednodušene môžeme napísať DLTS = hodnota v čase t1 – t2. Ak si zoberieme napríklad hodnotu signálu v čase t1 = 0,5 ms a v čase t2 = 2 ms (os X), tak je evidentné, že na osi Y budú rozdielne hodnoty pre rôzne krivky. Potom je už samozrejmé, že ďalšie výsledky spracovania signálu budú odlišné ako pred dekompozíciou, a teda to vedie k rozdielnym parametrom defektov.
Vedci pracujúci na tomto projekte v rámci Fyzikálneho ústavu SAV očakávajú, že po splnení úloh bude možné presnejšie analyzovať parametre defektov.
Veľkým prínosom pre ďalší výskum polovodičov bude podľa Jaroslava Rusnáka tiež to, že technológovia výroby polovodičov budú môcť použiť takýto spôsob analýzy a na jej základe meniť proces výroby vedúcej k eliminovaniu defektov. „Napríklad pri solárnych článkoch napomôže v procese výroby k zvýšeniu ich účinnosti premeny slnečnej energie na elektrickú,“ poznamenal ešte zodpovedný riešiteľ.
Táto úloha je riešená za podpory grantu VEGA 02/0024/17.
Odborný garant textu: Ing. Jaroslav Rusnák, PhD.
Spracovala: Slávka Cigáňová (Habrmanová)
Ilustračný obrázok: Pixabay.com (geralt)
Uverejnila: VČ