저번 시간에 광학적 특성 방식의 Photo Luminescence 장비를 실습하였습니다.
Luminescence 관련 이론 등은 바로 아래에 있으니, 잘 모르신다면 아래 링크를 클릭해서 보고 오시는 걸 권장합니다.
2023.01.02 - [반도체 공학/반도체 분석장비] - 반도체 분석장비) Photoluminescence PL 장비
반도체 분석장비) Photoluminescence PL 장비
PL은 광학적 특성을 측정하는 장비입니다. 이를 통해 Defect levels, impurity levels, 박막의 quality, target의 파장을 확인할 수 있습니다. PL 측정 용도 PL의 측정 용도는 반도체의 광학적 특성 및 조성, 불
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EL 장비
PL 장비는 레이저 등 빛을 통해 반도체를 발광시켜, 발광하는 빛의 파장을 분석하는 장비입니다.
EL 장비는 전압, 전류 등 전기를 통해 반도체를 발광시켜, 발광하는 빛의 파장을 분석하는 장비입니다.
발광하는 빛의 파장을 분석하는 장비이니, 광학적 특성 측정 방법라고 구분을 짓죠.
EL 장비는 대부분 전기를 통해 발광하는 LED를 측정할 때 사용합니다.
광학적 특성 측정 방법은 다음과 같은 특성을 확인할 수 있습니다.
- Defect levels, Impurity levels, Quality of film, Target wavelength
실험 장비
실험 장비는 다음과 같습니다.
1. 프로브 스테이션(Probestation): 얇은 바늘을 이용하여 p형 반도체와 n형 반도체를 연결 후 반도체 장치의 내부 노드로부터 신호를 획득하는 데 사용합니다.
2. 함수 발생기 (Function generator): 전자 신호인 파형을 발생시키기 위한 장치입니다.
3. 소스 미터: 정확한 전압 및 전류 값을 지정할 수 있습니다.
4. 세미컨덕터 파라미터 에널라이저(semiconductor parameter analyzer): 전압 및 전류를 가변 하는 장비로, 반도체 특성 항목 중 하나인 IV/CV-curve 측정을 위한 장비입니다.
5. 광파이버 : 프로브 스테이션에 함수 발생기, 소스미터, 세미컨덕터 파라미터 에널라이저로 발생한 전기를 연결하는 장치입니다.
실험 과정
1. LED의 P형과 N형 전극을 프로브 스테이션에 접합시키고, 광파이버를 통해 반도체 기구를 연결시킵니다.
2. 소스 미터, 세미컨덕터 파라미터 에널라이저를 이용하여 순방향으로 전압을 인가, 조절하여 전류 및 빛의 세기를 관찰합니다.
3. 소스 미터, 세미컨덕터 파라미터 에널라이저를 이용하여 역방향으로 전압을 인가, 조절하여 전류 및 빛의 세기를 관찰합니다.
4. 이를 통해 전류-전압 전류-광 세기에 대한 값을 구하고 그래프를 유추하여, 본 수업에 배웠던 그래프와 같은지 확인합니다.
실험 결과
- 실험을 통해 순방향으로 문턱 전압 이상으로 전압을 가해주면 LED가 발광하게 되고, 전압이 세질수록 전류 및 빛의 세기가 커진다는 것을 알 수 있었습니다.
- 실험을 통해 역방향으로 3V의 전압을 인가했을 때, 전류가 흐르지 않는다는 이론과는 달리 000.001mA의 전류 값이 나왔습니다.
- 전압을 증가시켜봤을 때, 역방향 전압 60V을 인가했을 때 –100mA의 매우 큰 전류 값이 나와 항복 현상을 확인할 수 있었습니다.
- 실험 중간에 함수발생기 장비를 통해 주기를 조절하여 pulse 구조 및 플리커 현상을 이해했습니다. 실제로 주기를 50Hz 이상 높이니 빛이 안 깜빡이는 것처럼 보였습니다.
실험했던 반도체는 450nm의 파장을 내는 LED임을 확인하였습니다.
밴드갭을 계산해 보면, (4.13x10^-15eV-s)(3x10^8m/s)x10^9(nm/m)]/450(nm)=2.75eV, 2.75eV입다.
실험 때 사용하였던 발광층이 GaN(밴드갭 에너지 3.4eV)과 InN(밴드갭 에너지 0.7eV)을 적절히 혼합해서 만들었다는 것을 유추할 수 있었습니다.
따라서 GaN 혼합 퍼센트를 x라 가정하고 관계식을 세워 계산을 하면,
3.4eV * x/100 + 0.7eV(100-x)/100=2.75eV, x= 75.9%, 즉 실험 때 사용했던 발광층은 GaN 75.9%와 InN 24.1%로 구성되어 있는 발광층이라고 유추할 수 있습니다.
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