Détection sans contact des phénomènes de polarisation dans les semi-conducteurs

Objectif

La caractérisation des phénomènes de polarisation de volume, tels que l'effet photovoltaïque de volume (BPVE) dans les semi-conducteurs, nécessite la mise en place de deux contacts électriques sur l'échantillon, ce qui introduit inévitablement des défauts supplémentaires à l'interface semi-conducteur-métal, ce qui pose un défi particulier pour les semi-conducteurs à large bande interdite et à haute résistivité.

Solution

La spectroscopie de phototension de surface (SPV) utilisant une sonde de Kelvin est employée comme méthode non destructive et sans contact pour caractériser la variation de la différence de potentiel de contact (DCPD) dans des monocristaux de GaN dopés au carbone. Grâce à la conception d'un dispositif unique capable de mesurer la DCPD jusqu'à ± 200 V, il a été possible de détecter des phototensions élevées, sans qu'il soit nécessaire de déposer des contacts électriques.

Exemple d'application

La bande interdite du GaN est de 3,4 eV. À titre d'exemple, la figure 1 montre un spectre de DCPD pour un cristal de GaN dopé au carbone (GaN:C). Le signal SPV correspondant a atteint plus de 13 V à 3 eV, c'est-à-dire que sous l'excitation de certains états de défaut, les signaux SPV étaient bien plus importants que ce que l'on aurait pu attendre d'après la bande interdite (pour plus de détails, voir [1]). Un changement de direction du DCPD et une signature dans la dérivée ont été observés près de la bande interdite. Sous excitation par une diode laser (445 nm) à une intensité plus élevée, le signal maximal a été obtenu pour le GaN:C avec une concentration en carbone de 9×¹0¹⁸ cm^-3 et s'élevait à environ 23 V, dépassant de loin la bande interdite (figure 2).