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《半導(dǎo)體測試與分析1ppt課件》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、半導(dǎo)體材料的測試分析前言半導(dǎo)體材料中雜質(zhì)和缺陷的重要性隨著半導(dǎo)體技術(shù)和科學(xué)的發(fā)展，對雜質(zhì)和缺陷的檢測方法在準(zhǔn)確性和精度方面要求越來越高檢測內(nèi)容也發(fā)生了變化。從材料缺陷宏觀觀察和電學(xué)性質(zhì)的宏觀測量轉(zhuǎn)移到對表面、界面及薄膜的組分、結(jié)構(gòu)和特征參數(shù)的細(xì)微研究。從對雜質(zhì)和缺陷宏觀效果評價(jià)發(fā)展到對他們電子結(jié)構(gòu)及相互作用的探索人類在自然科學(xué)和工程技術(shù)方面的長足進(jìn)步，也為半導(dǎo)體材料的檢測和分析提供了多種物理、化學(xué)方法電阻率與雜質(zhì)濃度測試電阻率是半導(dǎo)體材料最重要的電特性之一電阻率值的大小是設(shè)計(jì)器件參數(shù)以及器件制造過程中選擇材料、
2、控制工藝條件的重要依據(jù)半導(dǎo)體生產(chǎn)過程中的電阻率測量是十分頻繁的，也是非常關(guān)鍵的。準(zhǔn)確易行的電阻率測量方法對于保證器件質(zhì)量以及新材料、新器件、新工藝的開發(fā)都是十分必要的。半導(dǎo)體電阻率的測量與導(dǎo)體的電阻率測量是有區(qū)別的1、在金屬與半導(dǎo)體接觸的界面附近也要產(chǎn)生一個(gè)耗盡層。因?yàn)榻饘俚碾娮用芏葮O高，因而這個(gè)耗盡層展寬在半導(dǎo)體一邊。耗盡層中只有不能自由運(yùn)動的電離雜質(zhì)，它們不能參與導(dǎo)電，因而這是一個(gè)高阻層。同時(shí)，任何兩種材料的小面積接觸都會在接觸處產(chǎn)生擴(kuò)展電阻。尤其是對金屬—半導(dǎo)體點(diǎn)接觸，這個(gè)擴(kuò)展電阻會很大，人們常常把這兩個(gè)
3、因接觸而產(chǎn)生的高電阻統(tǒng)稱為接觸電阻。因此，當(dāng)用歐姆表來測量半導(dǎo)體時(shí)，這個(gè)巨大的接觸電阻就會使結(jié)果面目全非，毫不可信。2、功函數(shù)不同的兩種金屬制品在接觸時(shí)也要因接觸電勢差而在界面上出現(xiàn)一個(gè)電荷偶層，但這個(gè)空間電荷層極薄，每邊只有約一個(gè)原于層厚，遠(yuǎn)小于電子的擴(kuò)散長度，因而對載流子沒有阻擋作用。同時(shí)，金屬與金屬的小面積接觸的擴(kuò)展電阻也很小。因此，上述方法對測量金屬導(dǎo)體的電阻率是精確的。3、由非平衡載流子的電注入效應(yīng)可以想到，如果被測半導(dǎo)體是n型，那么測量電流將通過正電極向半導(dǎo)體注入空穴；若被測半導(dǎo)體是P型則會從負(fù)電極
4、向半導(dǎo)體注入電子。這些注入的少數(shù)載流子在外電場的驅(qū)使下向另一電極漂移，參與導(dǎo)電。在注入電極附近的某一范圍內(nèi)，載流子密度因此而高于載流子的熱平衡密度，因而測量結(jié)果不能反映材料電阻率的真正大小。對于熱平衡載流子密度較低的高阻材料，其接觸電阻更大，少子注入的影響也更加嚴(yán)重。半導(dǎo)體的特殊性使我們在測量其電阻率時(shí)不能使用測量金屬導(dǎo)體電阻率時(shí)通常使用的方法，而必須使用根據(jù)其特點(diǎn)設(shè)計(jì)的一些專用方法。探針法、C—V測試法、霍爾測試法等等。在這些方法中，探針法最簡便易行，因而使用面最廣。探針法依其測試原理分為電位探針法、擊穿探針
5、法、擴(kuò)展電阻探針法兩個(gè)改進(jìn)措施補(bǔ)償法來測量電壓，以避免探針與半導(dǎo)體之間高阻接觸對測量結(jié)果的影響兩個(gè)端電極與被測半導(dǎo)體之間為歐姆接觸，因而避免了少數(shù)載流子的注入二探針法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：不受樣品尺寸大小的影響和電流源少子注入的影響等缺點(diǎn)：對樣品的形狀和電阻率的均勻性要求嚴(yán)格，而且還需要大面積的歐姆接觸電極，在實(shí)際應(yīng)用中頗不方便四探針法用四探針法測量半導(dǎo)體電阻率的基本實(shí)驗(yàn)裝置如圖。四根金屬探針相互保持一定距離，同被測半導(dǎo)體的某一平坦表面接觸。恒流源通過兩外側(cè)探針向半導(dǎo)體樣品輸入穩(wěn)定電流I，在樣品中產(chǎn)生一穩(wěn)定電流場，
6、然后借助于兩根內(nèi)探針測量該電流場中某兩點(diǎn)間的電位差U。電流場理論對各種樣品形狀提供了I、U與樣品材料電阻率ρ之間的函數(shù)關(guān)系。第一類情形：半無限大樣品如果電流源位于某一個(gè)界面上但距其余各界面足夠遠(yuǎn)，則可視其為半無限大探針的布置方法材料電阻率的表達(dá)式不等距四邊形觸點(diǎn)在同一直線不等距觸點(diǎn)等距直線排列正方形探針排列第二類情形：“無限大”薄層樣品對于等距直線布置觸點(diǎn)，薄層電阻率可表示為用四探針法測小樣品電阻率時(shí)的修正兩種無窮大邊界是不存在的。任何半導(dǎo)體樣品都只有有限大小的尺寸。適當(dāng)大的樣品可以視為符合這兩種解的要求。那么
7、，這兩個(gè)解究競對多大的樣品尺寸才適合，尺寸不合適的樣品該怎樣修正修正的理論依據(jù)電場問題的單值定理指出，滿足邊界條件的解必有且只有一個(gè)。對于某個(gè)特定的邊界，如果有一個(gè)解能滿足它所要求的條件，那么這個(gè)解就是唯一正確的，就能真實(shí)地反映該邊界內(nèi)的電場分布。從原則上說，只要邊界條件確定，就可以通過求解拉普拉斯方程或泊松方程確定其解但實(shí)際情況往往比較復(fù)雜，難以對方程進(jìn)行精確的求解。工程上往往采用一種“鏡象法”的方法，使問題簡化。其解又總可以表示為第1類情形的解或第2類情形的解與一個(gè)因子的乘積，可以把任何小樣品當(dāng)作情形1或情
8、形2進(jìn)行測量，但須在其測試結(jié)果上乘或除以一個(gè)修正因子，這個(gè)因子與探針間距、探針放置方式以及樣品的形狀與大小有關(guān)。（1）對第一類情形的修正第一修正因子——對靠近邊緣測量的修正Po表示忽略有接近探針的邊界存在時(shí)，按情形一測得電阻率，F(xiàn)1v是考慮到邊界影響時(shí)必須施加于Po的修正因子，是邊界距離與針距之比的函數(shù)。如果探針和邊界平行當(dāng)邊界距離與探針間距之比t/s＝3時(shí)，無論是哪一種探針邊界關(guān)系，
