Caratterizzazione di dispositivi a giunzione tramite Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS)

I semiconduttori in equilibrio termodinamico sono caratterizzati dalla presenza di stati difettivi, che perturbano la periodicità del reticolo cristallino e di conseguenza alterano la struttura a bande del materiale, introducendo stati energetici disponibili nel gap di energie proibite. Tali stati si dividono in due categorie: shallow levels e deep levels. Gli shallow levels devono il loro nome al fatto che gli stati elettronici ad essi associati hanno energie dell'ordine del meV, si collocano quindi vicino al bordo della banda di valenza o conduzione. I deep levels, al contrario, sono così chiamati poiché gli stati elettronici associati hanno energie vicine al centro dell’energy gap del materiale. I deep levels influenzano alcune importanti proprietà dei materiali (ad esempio il tempo di vita medio τ dei portatori minoritari), inoltre possono essere introdotti volontariamente in un semiconduttore, ad esempio per renderlo semi-isolante. In questo lavoro di tesi è stato implementato l'apparato sperimentale necessario ad effettuare misure di Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS), la principale tecnica per caratterizzare i deep levels; è stato inoltre sviluppato un software per controllare gli strumenti ed acquisirne le misure. La DLTS si basa sullo studio delle variazioni della capacità associata alla zona di svuotamento di dispositivi a giunzione dovute ai processi di cattura ed emissione di portatori di carica da parte dei deep levels. Le fasi di cattura sono indotte applicando al campione impulsi di tensione, e si alternano alle fasi emissione: tale alternanza origina una serie di transienti di capacità, che vengono acquisiti (mentre il campione è sottoposto a un riscaldamento costante) e poi opportunamente elaborati al fine di produrre gli spettri di DLTS veri e propri. Utilizzando i metodi descritti nel presente elaborato, gli spettri sono stati infine sfruttati per caratterizzare i deep levels di un campione di Si n-type e di uno di GaAs n-type.