DLTS

DLTS（深準位過渡分光法）とは

DLTS（Deep Level Transient Spectroscopy：深準位過渡分光法）は、半導体中の深い準位（トラップ）を特性評価するための手法です。半導体デバイスの性能に影響を与える不純物や欠陥を特定し、そのエネルギー準位や捕獲断面積を評価するために用いられます。ICTS（Isothermal Capacitance Transient Spectroscopy：等温容量過渡分光法）もDLTSと同様の原理に基づいた測定方法です。

原理

半導体中の深い準位は、通常、フェルミ準位よりもバンドギャップの中央付近に位置しています。そのため、これらの準位はほとんどの場合、電離せずに電荷的に中性の状態を保っています。DLTSでは、まず初期状態から電圧を印加し、これらの準位を強制的に電離させます。その後、電圧を初期状態に戻す、もしくは逆の変化を加えた場合、深い準位の帯電状態は即座には元の状態に戻らず、熱励起によって決まる非常に遅い応答を示します。

浅いドナーやアクセプタの場合、応答は非常に速く、時定数を考慮する必要がないほどです。しかし、深い準位の場合には、温度に依存した応答時間の変化が生じます（SRH統計モデル）。この応答時間の変化と温度の逆数の関係をグラフ化したものがアレニウスプロットであり、これを用いることで準位のエネルギーを算出できます。DLTSおよびICTSはこの原理を利用しています。

評価方法

DLTSの評価には、主にショットキーダイオードやpn接合ダイオードが用いられます。これらのダイオードに逆方向電圧を印加して空乏層を広げ、印加する電圧を変化させた際の静電容量の応答を測定します。測定された容量の変化から、深い準位の存在、エネルギー準位、濃度などの情報を得ることができます。

DLTSとICTSは、基本的に同一の測定方法ですが、データの解析方法に違いがあります。アレニウスプロットを温度変化の軸に投影したものがDLTSスペクトルとなり、時間軸に投影したものがICTSスペクトルとなります。DLTSでは、温度を掃引しながら容量の変化を測定し、特定のレートウィンドウにおける容量変化のピークを検出します。一方、ICTSでは、温度を一定に保ち、時間に対する容量の変化を測定します。

DLTSの利点と応用

DLTSは、高感度で、半導体中の微量の不純物や欠陥を検出できるという利点があります。また、非破壊的な測定法であるため、デバイスを損傷することなく評価できます。DLTSは、半導体デバイスの研究開発、品質管理、故障解析など、幅広い分野で利用されています。

関連項目

深い準位
アレニウスプロット
* SRH統計

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