Orientador: Paulo Motisuke

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin

Resumo: Neste trabalho apresentamos uma análise detalhada dos transientes de fotocorrente em amostras de GaAs semi-isolante, discutindo a sua aplicação e utilidade como um método de caracterização de impurezas e defeitos, com níveis de energia profundos na banda proibida, de semicondutores altamente...

Resumo: Neste trabalho apresentamos uma análise detalhada dos transientes de fotocorrente em amostras de GaAs semi-isolante, discutindo a sua aplicação e utilidade como um método de caracterização de impurezas e defeitos, com níveis de energia profundos na banda proibida, de semicondutores altamente esistivos. As medidas do transiente de fotocorrente foram realizadas com um sistema digital inteiramente projetado e construído no próprio laboratório. Apresentamos os detalhes deste projeto, incluindo o "hardware" e "software" envolvidos. O sistema realiza medidas do transiente em tempo real, com alta resolução e fidelidade. Resumimos as noções básicas de emissão e captura de portadores de carga pelos centros num semicondutor, necessárias para analisar os transientes de fotocorrente. Apresentamos um sistema de equações que descrevem estes processos de emissão e captura com as soluções correntes de primeira aproximação encontradas na literatura. Avançamos nesta análise, propondo soluções analíticas com menos aproximações que descrevem melhor o fenômeno experimental. Apresentamos também simulações do transiente de corrente através das soluções numéricas das equações diferenciais com condições de contorno muito próximas das experimentais. Tanto as soluções analíticas quanto as numéricas apresentam comportamentos semelhantes na descrição dos transientes observados. A alta resolução dos transientes medidos permitiu uma análise original e detalhada da forma do decaimento de fotocorrente, comparando-os com as previsões dos modelos teóricos. Em conseqüência, foi possível fazer também uma análise critica do método convencional de tratamento de transientes de fotocorrente, baseado no denominado espectro PITS ("Photo Induced Transient Spectroscopy"). Finalmente, sugerimos um método alternativo de análise direta dos transientes, o que possibilitou a determinação de valores muito mais confiáveis dos parâmetros para os níveis de energia profundos em semicondutores resistivos. Apresentamos espectros PITS de GaAs semi-isolante em diferentes configurações de polarização, iluminação e condições de superfície. Caracterizamos as armadilhas observadas nestas amostras, incluindo as energias de ativação e seções de choque de captura de portadores. Observamos também que, sob condições especiais, ocorre um fenômeno pouco compreendido: o aparecimento de picos negativos no espectro PITS. Apresentamos uma interpretação original para este fenômeno, que está contida nas soluções analíticas e numéricas, apresentadas neste trabalho, para o sistema de equações diferenciais que descrevem o transiente

Abstract: We present a detailed analysis or photocurrent transients in semi-insulating GaAs and we discuss its usefulness as a method for characterization or deep level impurities and defects in high resistivity semiconductors. The photocurrent transient measurements were performed in a "home made"...

Abstract: We present a detailed analysis or photocurrent transients in semi-insulating GaAs and we discuss its usefulness as a method for characterization or deep level impurities and defects in high resistivity semiconductors. The photocurrent transient measurements were performed in a "home made" automatic digital system. We present the project details including the hardware and software. This system has the capacity to measure transients in real time with high resolution and fidelity. We summarize the fundamentals of charge carrier emission and capture from deep centers in semiconductors, necessary to analyze the photocurrent transients. We present the differential equations that describes the emission and capture processes with solutions in the first approximation found in the literature. We propose new analytic solutions. in high dark current approximation, that better describe the experimental phenomena. We also present photocurrent transient simulations using numerical solutions of the differential equations with initial conditions very similar to the experimental ones. Both the analytic and numeric solutions presented here, describe equally well the observed photocurrent decay. The high resolution or the measured transients allowed na original and detailed analysis or the photocurrent decay shape. We made a critical analysis or the conventional method or photocurrent transients treatment. based on the so called Photo Induced Transient Spectroscopy (PITS) spectra. In conclusion, we suggest an alternative method for PITS data reduction based on direct analysis of the photocurrent transients, that resulted in more reliable values of activation energy and capture cross section for semi-insulating materials. We present PITS spectra of semi-insulating GaAs in different configurations of polarization, illumination and surface conditions. We characterize the observed traps in the samples, including the activation energies and carrier capture cross sections. We also observed negative peaks in PITS spectra. We present an original interpretation of this phenomenon, based in our analytical and numerical solutions of the differential equation set