Вольт-фарадное профилирование (или C – V-профилирование , иногда CV-профилирование ) - это метод определения характеристик полупроводниковых материалов и устройств. Приложенное напряжение изменяется, а емкость измеряется и отображается как функция напряжения. Техника использует металл - полупроводниковый переход ( барьер Шоттки ) или р-п переход [1] или МОП - транзистор , чтобы создать обедненную область , область , которая является пустым проводящих электроны и дырки , но может содержать и ионизированных доноровэлектрически активные дефекты или ловушки . Область истощения с ее ионизированными зарядами внутри ведет себя как конденсатор. Изменяя напряжение, приложенное к переходу, можно изменять ширину обеднения . Зависимость ширины обеднения от приложенного напряжения дает информацию о внутренних характеристиках полупроводника, таких как профиль легирования и плотность электрически активных дефектов . [2] , [3] Измерения могут выполняться при постоянном токе или с использованием как постоянного, так и слабого сигнала переменного тока ( метод проводимости [3] , [4] ), или с использованием переходного напряжения большого сигнала . [5]
Заявление
Многие исследователи используют измерения емкости-напряжения (C – V) для определения параметров полупроводников, особенно в структурах MOSCAP и MOSFET. Однако измерения C – V также широко используются для характеристики других типов полупроводниковых устройств и технологий, включая транзисторы с биполярным переходом, JFET, составные устройства III – V, фотоэлектрические элементы, устройства MEMS, дисплеи на органических тонкопленочных транзисторах (TFT), фотодиоды. , углеродные нанотрубки (УНТ).
Фундаментальность этих измерений делает их применимыми к широкому кругу исследовательских задач и дисциплин. Например, исследователи используют их в университетах и лабораториях производителей полупроводников для оценки новых процессов, материалов, устройств и схем. Эти измерения чрезвычайно важны для инженеров по продуктам и повышению урожайности, которые отвечают за улучшение процессов и производительности устройств. Инженеры по надежности также используют эти измерения для оценки поставщиков материалов, которые они используют, для мониторинга параметров процесса и анализа механизмов отказов.
Множество параметров полупроводниковых устройств и материалов можно получить из измерений C – V с помощью соответствующих методологий, приборов и программного обеспечения. Эта информация используется на протяжении всей цепочки производства полупроводников и начинается с оценки эпитаксиально выращенных кристаллов, включая такие параметры, как средняя концентрация легирования, профили легирования и время жизни носителей.
Измерения C – V могут выявить толщину оксида, заряды оксида, загрязнение подвижными ионами и плотность захвата границ раздела в процессах изготовления пластин. Профиль AC – V, созданный на nanoHUB для объемного полевого МОП-транзистора с различной толщиной оксида. Обратите внимание, что красная кривая указывает на низкую частоту, тогда как синяя кривая показывает высокочастотный профиль C – V. Обратите особое внимание на сдвиг порогового напряжения при разной толщине оксида.
Эти измерения продолжают оставаться важными после того, как были выполнены другие этапы процесса, включая литографию, травление, очистку, осаждение диэлектрика и поликремния, а также металлизацию, среди прочего. После того, как устройства полностью изготовлены, профилирование C – V часто используется для определения пороговых напряжений и других параметров во время проверки надежности и базового тестирования устройства, а также для моделирования характеристик устройства.
Измерения C – V выполняются с помощью вольтметров компании Electronic Instrumentation. Они используются для анализа профилей легирования полупроводниковых приборов по полученным C – V графикам.
C – V характеристики структура металл-оксид-полупроводник
Структура металл-оксид-полупроводник является важной частью полевого МОП-транзистора за счет управления высотой потенциального барьера в канале через оксид затвора.
П канальное операции MOSFET можно разделить на три области, показанные ниже , и соответствующий рисунок справа.
Истощение
Когда к металлу прикладывается небольшое положительное напряжение смещения, край валентной зоны уносится далеко от уровня Ферми , и дырки от тела отводятся от затвора, что приводит к низкой плотности носителей, поэтому емкость мала ( долина в центре рисунка справа).
Инверсия
При еще большем смещении затвора вблизи поверхности полупроводника край зоны проводимости приближается к уровню Ферми, заполняя поверхность электронами в инверсионном слое или n-канале на границе раздела между полупроводником и оксидом. Это приводит к увеличению емкости, как показано в правой части правого рисунка.
Накопление
Когда прикладывается отрицательное напряжение затвор-исток (положительное исток-затвор), он создает p- канал на поверхности n- области, аналогично случаю n- канала , но с противоположными полярностями зарядов и напряжений. Увеличение плотности отверстий соответствует увеличению емкости, как показано в левой части правого рисунка.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Дж. Хилибранд и Р. Д. Голд, "Определение распределения примесей в переходных диодах по измерениям емкости-напряжения", RCA Review, vol. 21, стр. 245, июнь 1960 г.
- ^ Alain C. Diebold (редактор) (2001). Справочник по метрологии кремниевых полупроводников . CRC Press. С. 59–60. ISBN 0-8247-0506-8.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
- ^ а б Е. Х. Николлиан, Дж. Р. Брюс (2002). MOS (металл-оксид-полупроводник) Физика и технология . Вайли. ISBN 978-0-471-43079-7.
- ^ Анджей Якубовский, Хенрик М. Пржевлоцкий (1991). Диагностические измерения в производстве интегральных схем БИС / СБИС . World Scientific. п. 159. ISBN. 981-02-0282-2.
- ^ Шэн С. Ли и Сорин Кристоловяну (1995). Электрические характеристики материалов и устройств кремний-на-изоляторе . Springer. Глава 6, с. 163. ISBN. 0-7923-9548-4.
Внешние ссылки
- Симулятор MOScap на сайте nanoHUB.org позволяет пользователям вычислять CV-характеристики для различных профилей легирования, материалов и температур.