4.3.3 Energetische Verteilung der Störstellen

Es werden hier nur die Störstellen am Frontinterface betrachtet, jene am Backinterface werden in Ermangelung entsprechender experimenteller Ergebnisse als im verbotenen Band gleichverteilt angenommen. Spektroskopisches CP kann entweder durch Variation der Steig- bzw. Fallzeit des trapezförmigen Gate-Signals () oder durch Variation der Probentemperatur erreicht werden. Dadurch werden die Zeiten des Verbleibs in der nichtstationären Emission moduliert. Verkürzt man z.B. die Fallzeit unter Beibehaltung einer konstanten Steigzeit (-Kanal-Bauelement), so wird der Übergangspunkt von der stationären zur nichtstationären Emission in der oberen Hälfte des Energiebandes in Richtung des Leitungsbandes verschoben. Umgekehrt wird bei Verkürzung der Steigzeit unter Beibehaltung der Fallzeit der Übergangspunkt in der unteren Hälfte des Energiebandes in Richtung des Valenzbandes verschoben. Durch Variation des Parameters bei = kann die Störstellen-Verteilung in der oberen Hälfte des verbotenen Bandes, durch Variation von bei = in der unteren Hälfte des verbotenen Bandes bestimmt werden.
In der einfachsten Version der CP-Spektroskopie gemäß [34] differenziert man die pro Gate-Spannungsperiode rekombinierte Ladung

nach der Steig- bzw. Fallzeit der Trapezspannung

Dabei ist angenommen, daß abhängig von ein breiter Streifen im verbotenen Band umgeladen wird. Die Umladegrenzen ergeben sich gemäß der Emissionstheorie von Simmons und Wei [53][101] zu

und die Ableitungen zu

was schließlich auf die erwünschten praktischen Formeln für die Störstellendichte in beiden Hälften des verbotenen Bandes [34] führt:

Diese Technik setzt energieunabhängige Einfangquerschnitte voraus.

  
Abbildung: Approximation der Verteilung der Grenzflächen-Störstellen am Frontinterface durch eine (positive) lineare Funktion. Experimentelle Daten aus [76]. Siehe auch Abbildung 4.11 im Abschnitt 4.5.2.

Die Grenzen des meßbaren Bereichs des verbotenen Bandes werden nach oben bzw. nach unten durch die Limitierungen der Steilheit der erzeugbaren (Pulsgenerator) vorgegeben. Des weiteren treten in Dünnfilm SOI -Dioden bei kurzen insbesondere bei Langkanal-Dioden die bereits erwähnten parasitären dimensionalen Komponenten auf, die ein zu großes CP-Signal vortäuschen. In der Mittenregion des verbotenen Bandes werden die Zeitkonstanten der nichtstationären Emission extrem lang, wodurch man gezwungen ist, niedrige Pulsfrequenzen zu verwenden. Das resultierende kleine CP-Signal erfordert ein sehr genaues DC-Amperemeter, was eine Grenze durch die Strommeßtechnik bedeutet. Darüberhinaus existieren noch weitere begrenzende physikalische Effekte im Bauelement. Der wichtigste ist der dem CP-Signal entgegengerichtete Generationsstrom (thermische Generation an der Grenzfläche bzw. im Substrat und Generation durch interne Feldemission [53]) in der Kathoden-Depletionszone (bzw. Source/Drain-Depletionszone beim MOS-Transistor), der im Falle einer angelegten Sperrspannung unvermeidlich ist. Cilingiroglu [12][13] zeigt, daß ein schmaler Streifen in der Mitte des verbotenen Bandes mit dieser Technik nicht überstrichen werden kann. Die modifizierte CP-Technik von Wachnik und Lowney [120][121] umgeht diese Einschränkung durch Benutzung kleiner Pulsamplituden und Fixierung des Ferminiveaus in der Mitte des verbotenen Bandes.
Van den Bosch [113] präsentierte eine spektroskopische CP-Methode, die von der Temperatur als Meßparameter ausgeht. Da die Übergangspunkte von stationärer zu nichtstationärer Emission bei tiefer Temperatur immer mehr zu den Bandkanten rücken, kann die Störstellen-Verteilung bis in die Nähe von bzw. gewonnen werden, ohne sehr kurze Pulsflanken der Gate-Spannung, die schwer zu realisieren sind, zu benötigen.
Zur Anwendung der Methode von Groeseneken werden die Meßdaten gemäß Abbildung 11 in [76] bzw. aus der Abbildung 4.11 im Abschnitt 4.5.2 herangezogen. Es werden die Kurven für variable Steigzeit und akkumuliertes Backinterface für die untere Hälfte des verbotenen Bandes, für variable Fallzeit und invertiertes Backinterface für die obere Hälfte des verbotenen Bandes hergenommen. Die verbleibenden Kurven sind nicht brauchbar, da eine parasitäre dimensionale Komponente dem CP-Signal des Frontinterface überlagert ist. Die von dimensionalen Effekten freien Kurven sind im angegebene Bereich linear, was bedeutet, daß die Verteilung der Störstellen in den daraus abgeleiteten Energiefenstern konstant ist. Der Bereich = definiert gemäß den Formeln (4.10)-(4.11) die Energiefenster und . Die korrespondierenden mittleren Störstellendichten in diesen Fenstern sind gemäß Gleichung (4.14) = in der unteren Hälfte des verbotenen Bandes und gemäß Gleichung (4.15) = in der oberen Hälfte des verbotenen Bandes. Durch die beiden dünnen Energiefenster läßt sich eine Gerade mit der Steigung legen (siehe Abbildung 4.6). Der Mittelwert dieser so erhaltenen Verteilung ist etwas kleiner als der Mittelwert, der im Abschnitt 4.3.2 erhalten wurde.