Profilování kapacitního napětí - Capacitance–voltage profiling

Profilování kapacitního napětí (nebo Profilování C – V, někdy Profilování životopisů) je technika charakterizace polovodičové materiály a zařízení. Aplikován Napětí je pestrá a kapacita se měří a vynese jako funkce napětí. Tato technika používá a kov –polovodič křižovatka (Schottkyho bariéra ) nebo a p – n křižovatka[1] nebo a MOSFET vytvořit oblast vyčerpání, oblast bez vodivosti elektrony a díry, ale může obsahovat ionizované dárce a elektricky aktivní vady nebo pasti. Oblast vyčerpání se svými ionizovanými náboji uvnitř se chová jako kondenzátor. Změnou napětí přivedeného na křižovatku je možné měnit šířka vyčerpání. Závislost šířky vyčerpání na aplikovaném napětí poskytuje informace o vnitřních charakteristikách polovodiče, jako je jeho dopingový profil a elektricky aktivní závada hustoty.[2], [3]Měření lze provádět při stejnosměrném proudu nebo pomocí stejnosměrného i střídavého signálu s malým signálem ( vodivostní metoda[3], [4]), nebo pomocí a přechodné napětí velkého signálu.[5]

aplikace

Mnoho vědců používá k určení parametrů polovodičů testování kapacitního napětí (C – V), zejména ve strukturách MOSCAP a MOSFET. Měření C – V se však také široce používají k charakterizaci jiných typů polovodičových zařízení a technologií, včetně bipolárních spojovacích tranzistorů, JFET, sloučenin III – V, fotovoltaických článků, zařízení MEMS, displejů s organickým tenkovrstvým tranzistorem (TFT), fotodiod a uhlíkové nanotrubice (CNT).

Díky základní povaze těchto měření je lze aplikovat na širokou škálu výzkumných úkolů a oborů. Vědci je například používají v laboratořích výrobců univerzit a polovodičů k hodnocení nových procesů, materiálů, zařízení a obvodů. Tato měření jsou nesmírně cenná pro inženýry zvyšující produkt a výtěžek, kteří jsou zodpovědní za zlepšování procesů a výkonu zařízení. Inženýři spolehlivosti také používají tato měření ke kvalifikaci dodavatelů materiálů, které používají, ke sledování parametrů procesu a k analýze mechanismů selhání.

Mnoho měření polovodičových součástek a materiálů lze odvodit z měření C – V pomocí vhodných metodik, přístrojového vybavení a softwaru. Tato informace se používá v celém výrobním řetězci polovodičů a začíná hodnocením epitaxně pěstovaných krystalů, včetně parametrů, jako je průměrná dopingová koncentrace, dopingové profily a životnost nosičů.

Měření C – V mohou odhalit tloušťku oxidu, náboje oxidu, kontaminaci mobilními ionty a hustotu pastí rozhraní v procesech destiček. Profil C – V vygenerovaný dne nanoHUB pro hromadný MOSFET s různými tloušťkami oxidu. Všimněte si, že červená křivka označuje nízkou frekvenci, zatímco modrá křivka ilustruje vysokofrekvenční profil C – V. Věnujte zvláštní pozornost posunu prahového napětí s různými tloušťkami oxidu.

Tato měření zůstávají důležitá i po provedení dalších kroků procesu, mimo jiné litografie, leptání, čištění, dielektrické a polysilikonové depozice a metalizace. Jakmile jsou zařízení plně vyrobena, profilování C – V se často používá k charakterizaci prahových napětí a dalších parametrů během spolehlivosti a základního testování zařízení a k modelování výkonu zařízení.

Měření C – V se provádějí pomocí kapacitně-napěťových měřičů Electronic Instrumentation. Používají se k analýze dopingových profilů polovodičových součástek pomocí získaných grafů C – V.

C – V profil pro hromadný MOSFET s různou tloušťkou oxidu.

Charakteristiky C – V struktura kov-oxid-polovodič

Struktura polovodičového oxidu kovu je kritickou součástí a MOSFET ovládáním výšky potenciální bariéra v kanál přes oxid brány.

An n-kanálový provoz MOSFET lze rozdělit do tří oblastí, které jsou uvedeny níže a odpovídají pravému obrázku.

Vyčerpání

Když je na kov přivedeno malé napětí, valenční pásmo hrana je zahnána daleko od Fermiho úroveň, a otvory v těle jsou vyhnány od brány, což má za následek nízkou hustotu nosiče, takže kapacita je nízká (údolí uprostřed obrázku vpravo).

Inverze

Když je stále větší předpětí brány, blízko povrchu polovodiče je okraj vodivého pásma přiveden blízko k úrovni Fermiho a naplňuje povrch elektrony v inverzní vrstvě nebo n-kanálu na rozhraní mezi polovodičem a oxidem. Výsledkem je zvýšení kapacity, jak je znázorněno v pravé části obrázku vpravo.

Nashromáždění

Když je aplikováno záporné napětí zdroje brány (kladná brána zdroje), vytvoří a str-kanál na povrchu n region, obdoba regionu n-kanálové pouzdro, ale s opačnou polaritou nábojů a napětí. Zvýšení hustoty díry odpovídá zvýšení kapacity, což je znázorněno v levé části obrázku vpravo.

Viz také

Reference

  1. ^ J. Hilibrand a R.D. Gold, „Stanovení distribuce nečistot ve spojovacích diodách z měření kapacitního napětí“, RCA Review, sv. 21, s. 245, červen 1960
  2. ^ Alain C. Diebold (redaktor) (2001). Příručka metrologie křemíkových polovodičů. CRC Press. str. 59–60. ISBN  0-8247-0506-8.CS1 maint: další text: seznam autorů (odkaz)
  3. ^ A b E.H. Nicollian, J. R. Brews (2002). Fyzika a technologie MOS (Polovodič Oxidu kovu). Wiley. ISBN  978-0-471-43079-7.
  4. ^ Andrzej Jakubowski, Henryk M. Przewłocki (1991). Diagnostická měření při výrobě integrovaných obvodů LSI / VLSI. World Scientific. p. 159. ISBN  981-02-0282-2.
  5. ^ Sheng S. Li a Sorin Cristoloveanu (1995). Elektrická charakterizace materiálů a zařízení na bázi křemíku na izolátoru. Springer. Kapitola 6, str. 163. ISBN  0-7923-9548-4.

externí odkazy