소수 이동 통신사 수명
소수 캐리어 수명은 가장 중요하고 의미 있는 재료 파라미터 중 하나입니다. 이는 극미량의 불순물이나 내재적 결함에 매우 민감하므로, 재료 품질의 인라인 특성 분석 및 공정 제어에 이상적인 파라미터입니다. 또한 많은 반도체 소자의 성능에 있어 필수적인 요소입니다. 소수 캐리어 수명은 과잉 소수 캐리어가 재결합하는 데 걸리는 평균 시간으로 정의됩니다. 이는 반도체 내 재결합 과정의 규모와 유형에 크게 좌우됩니다.
주요 재결합 유형은 다음과 같습니다:
SRH 재결합 ⇒ 결함을 통해
오제르 재결합 ⇒ 3입자 과정을 통해
본질적 또는 복사 재결합 ⇒ 밴드 간 재결합
\(\cfrac{1}{\tau_{bulk}} =\cfrac{1}{\tau_{SRH}} + \cfrac{1}{\tau_{Auger}} + \cfrac{1}{\tau_{rad}}\)
실리콘의 경우 SRH가 주로 지배적인 재결합 메커니즘입니다. 이에 따라 벌크 내 소수 캐리어 수명은 존재하는 결함의 수와 그 재결합 특성에 따라 달라집니다. 실리콘의 경우 수명이 최대 1ms에 달할 수 있는 반면, 본래 재결합이 지배적인 GaAs와 같은 직접 전도형 반도체의 경우 수명은 ns에서 µs 범위에 불과하다. 결함 특성 외에도 소수 캐리어 수명은 주입 수준(과잉 캐리어 농도)과 도핑 농도에 따라 달라진다. 그림 1과 2는 다양한 수명에 대한 이러한 의존성을 보여준다.
Fig. 2: injection dependence of all important recombination rates
Fig. 3: doping dependence of all important recombination rates
측정된 유효 수명은 시료의 표면 특성에 따라 달라지는 표면 수명과 내부 수명으로 구성됩니다. 따라서 시료의 내부 특성을 측정하려면 표면을 패시베이션 처리해야 합니다. 표면 패시베이션 품질을 조사하려는 경우, 내부 재결합 현상을 무시할 수 있으므로 FZ-Si 웨이퍼를 사용하는 것이 좋습니다.
\(\cfrac{1}{\tau_{eff}} = \cfrac{1}{\tau_{bulk}} + \cfrac{1}{\tau_{surface}}\)
게다가 측정된 유효 수명은 측정 방법에 따라 달라집니다. 자세한 내용은 다음 문헌을 참조하십시오:
[1] S. Rein, Lifetime Spectroscopy - A Method of Defect Characterization in Silicon for Photovoltaic Applications, Vol. 85 (Springer, Berlin Heidelberg, 2005)
[2] D. K. Schroder, 『반도체 재료 및 소자 특성 분석』, 제2판 (John Wiley & Sons, 뉴욕, 1998)
