Ermittlung der Ersatzschaltbildparameter einer Halbleiter / Elektrolytzelle
Studienarbeit
Bearbeitungsstatus:
abgeschlossen
Bearbeiter:
Andreas Munk
Betreuer:
- Rommel, Mathias
Abschlussjahr:
1997
Beschreibung
Mit dem Elymat-Verfahren ist es möglich, die Volumen-Lebensdauer von Minoritätsladungsträgern vor allem in p-dotierten Silicium-Scheiben zu bestimmen. Die dabei verwendete Meßzelle besteht aus einer Platin- und einer Siliciumelektrode im Elektrolyten Flußsäure. Die Siliciumelektrode wiederum wird mit Wolframcarbid-Nadeln kontaktiert. Durch ein verändertes Meßverfahren bei dem die Strahlungsleistung des Lasers nicht mehr konstant gehalten wird könnte man u.U. die zur Zeit auftretenden Probleme, wie z.B. den hohen Dunkelstrom bei Messung von Scheiben geringer Qualität, umgehen. Dazu ist eine genauere Kenntnis des Meßsystems nötig. Deshalb wurde in dieser Arbeit ein Ersatzschaltbild der verwendeten Meßzelle als Grundlage für eine Verbesserung der Meßmethode entwickelt.
Die Arbeit ist im wesentlichen in drei Bereiche geteilt. Nach der Einleitung folgt ein Kapitel, das die allgemeinen theoretischen Grundlagen zusammenfaßt. Dort werden ausgehend von der physikalischen Chemie die zur Analyse des Meßsystems notwendigen Begriffe erklärt. Weiterhin wird ein ausführliches Modell der Grenzschicht zwischen Elektrode und Elektrolyt vorgestellt. Schon hier zeigt sich, daß zwischen Metall- und Halbleiterelektroden große Unterschiede bestehen. Daneben werden in diesem Kapitel die den Elektronentransfer über die Grenzschicht beschreibenden Gleichungen angegeben und ihre theoretischen Herleitungen skizziert. Von diesen Gleichungen ausgehend werden im Anschluß die dazugehörigen Groß- und Kleinsignalersatzschaltbilder angegeben. Bei dem Halbleiter-Elektrolyt-Übergang wurde allerdings auf die Angabe des Großsignalersatzschaltbildes verzichtet, da in der Literatur keine exakte Beschreibung dieses Überganges gefunden wurde.
Im folgenden Kapitel wird der Meßplatz beschrieben und die allgemeinen Gleichungen des ersten Teiles auf die hier gegebenen Verhältnisse angewandt. Es wird dabei zunächst ein vereinfachtes System aus zwei Platinelektroden in einem gemeinsamen Elektrolyten beschrieben, an dem man die Effekte an der Grenzschicht zwischen Elektrode und Elektrolyt besser untersuchen kann. Schließlich wird das Verhalten des kompletten Systems bei Kleinsignalen diskutiert.
Der letzte Teil umfaßt die Auswertung der Messungen, die zur Überprüfung der Modelle durchgeführt wurden. Es stellt sich dabei heraus, daß der Kleinsignalbereich unter bestimmten Bedingungen hinreichend genau durch drei lineare Bauelemente (Widerstand in Reihe zu zweitem Widerstand mit parallelem Kondensator) beschrieben wird. In Spezialfällen, wenn entweder eine hohe Vorspannung oder ein Signal mit hoher Frequenz gewählt wird, läßt sich das komplette System durch einen ohmschen Widerstand beschreiben. Somit sind in dieser Arbeit die Grundlagen für die Anwendung des neuartigen Meßverfahrens erarbeitet worden.