最新半导体测试与分析1概要教学讲义PPT课件.ppt

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1、半导体测试与分析1概要前言半导体材料中杂质和缺陷的重要性随着半导体技术和科学的发展,对杂质和缺陷的检测方法在准确性和精度方面要求越来越高检测内容也发生了变化。从材料缺陷宏观观察和电学性质的宏观测量转移到对表面、界面及薄膜的组分、结构和特征参数的细微研究。从对杂质和缺陷宏观效果评价发展到对他们电子结构及相互作用的探索人类在自然科学和工程技术方面的长足进步,也为半导体材料的检测和分析提供了多种物理、化学方法电阻率与杂质浓度测试电阻率是半导体材料最重要的电特性之一电阻率值的大小是设计器件参数以及器件制造过程中选择材料、控制工艺条件的重要依据半导体生产过程中的电阻率

2、测量是十分频繁的,也是非常关键的。准确易行的电阻率测量方法对于保证器件质量以及新材料、新器件、新工艺的开发都是十分必要的。电位探针法电位探针法原理就是用两根探针测量该物体两点或两等位面间的电位差,然后根据一定的理论公式换算出该物体的电阻率。导致该物体内有电位分布的电流,是由另外的探针或其他形式的电极注入的。用欧姆表直接测量半导体电阻率的失败,根本原因在于测试电流的输入和该电流在被测样品上产生的压降的测量共用一对探针。如果我们使二者分开,用一对探针专门测量被测样品某两个等位面或某两点之间的电位差,不让测试电流通过这两根探针,上述困难是完全可以克服的。这就是利用

3、电位探针法测量半导体电阻率的基本出发点。二探针法用两根探针借助于电位差计量取样品表面某两点(实际上是某两个等位面)间的电位差U,并量出流经样品的电流值I,即可算出该两个等位面间的长方体的电阻值R。精确量出探针间距L及样品截面积S,则样品的电阻率为两个改进措施补偿法来测量电压,以避免探针与半导体之间高阻接触对测量结果的影响两个端电极与被测半导体之间为欧姆接触,因而避免了少数载流子的注入二探针法的优点和缺点优点:不受样品尺寸大小的影响和电流源少子注入的影响等缺点:对样品的形状和电阻率的均匀性要求严格,而且还需要大面积的欧姆接触电极,在实际应用中颇不方便四探针法用

4、四探针法测量半导体电阻率的基本实验装置如图。四根金属探针相互保持一定距离,同被测半导体的某一平坦表面接触。恒流源通过两外侧探针向半导体样品输入稳定电流I,在样品中产生一稳定电流场,然后借助于两根内探针测量该电流场中某两点间的电位差U。电流场理论对各种样品形状提供了I、U与样品材料电阻率ρ之间的函数关系。第一类情形:半无限大样品如果电流源位于某一个界面上但距其余各界面足够远,则可视其为半无限大探针的布置方法材料电阻率的表达式不等距四边形触点在同一直线不等距触点等距直线排列正方形探针排列第二类情形:“无限大”薄层样品对于等距直线布置触点,薄层电阻率可表示为用四探

5、针法测小样品电阻率时的修正两种无穷大边界是不存在的。任何半导体样品都只有有限大小的尺寸。适当大的样品可以视为符合这两种解的要求。那么,这两个解究竞对多大的样品尺寸才适合,尺寸不合适的样品该怎样修正修正的理论依据电场问题的单值定理指出,满足边界条件的解必有且只有一个。对于某个特定的边界,如果有一个解能满足它所要求的条件,那么这个解就是唯一正确的,就能真实地反映该边界内的电场分布。从原则上说,只要边界条件确定,就可以通过求解拉普拉斯方程或泊松方程确定其解但实际情况往往比较复杂,难以对方程进行精确的求解。工程上往往采用一种“镜象法”的方法,使问题简化。其解又总可以

6、表示为第1类情形的解或第2类情形的解与一个因子的乘积,可以把任何小样品当作情形1或情形2进行测量,但须在其测试结果上乘或除以一个修正因子,这个因子与探针间距、探针放置方式以及样品的形状与大小有关。(1)对第一类情形的修正第一修正因子——对靠近边缘测量的修正Po表示忽略有接近探针的边界存在时,按情形一测得电阻率,F1v是考虑到边界影响时必须施加于Po的修正因子,是边界距离与针距之比的函数。如果探针和边界平行当边界距离与探针间距之比t/s=3时,无论是哪一种探针边界关系,其相对误差部只有1%左右。所以,只要测量中勿使探针在任何方向上与最近边界的距离超过针距的三倍

7、,即可作为勿须修正的第一类情形处理。按半无穷大方式测量薄片电阻率时误差很大,特别是针距较大的时候。当薄片厚度与探针间距之比w/s=2,仍然有接近10%的相对误差。如果加上仪器、电源、环境温度以及光照等等其他因素的影响,测量结果就很不准确了。所以,对通常使用的半导体薄片,因其厚度一般不到1mm,即使是使用0.5mm的小针矩,也需要考虑修正。第3种修正因子——对圆棒测试的修正对于这种边界,不适合于用镜象法求解修正因子。不过,在棒与外界绝缘的情况下,我们可以利用柱坐标求解相应的拉普拉斯方程,获得符合其边界条件的解。ξn是常数,其值在n=0时为1,在n=1,2,3…

8、时为2;In是修正的第一类贝塞尔函数一些典型(R/s

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