Elektronstråleinducerad ström
Elektronstråleinducerad ström (EBIC) är en halvledaranalysteknik som utförs i ett svepelektronmikroskop (SEM) eller sveptransmissionselektronmikroskop (STEM). Det används för att identifiera nedgrävda kopplingar eller defekter i halvledare, eller för att undersöka minoritetsbäraregenskaper . EBIC liknar katodoluminescens genom att det beror på skapandet av elektron-hålpar i halvledarprovet av mikroskopets elektronstråle. Denna teknik används i analys av halvledarfel och halvledarfysik .
Teknikens fysik
Om halvledarprovet innehåller ett internt elektriskt fält , vilket kommer att finnas i utarmningsområdet vid en pn-övergång eller Schottky-övergång , kommer elektron-hål-paren att separeras av drift på grund av det elektriska fältet. Om p- och n-sidorna (eller halvledare och Schottky-kontakt, i fallet med en Schottky-enhet) är anslutna via en picoammeter , kommer en ström att flyta.
EBIC förstås bäst i analogi: i en solcell faller ljusfotoner på hela cellen, vilket levererar energi och skapar elektronhålspar och får en ström att flyta. I EBIC tar energiska elektroner rollen som fotonerna, vilket gör att EBIC-strömmen flyter. Men eftersom elektronstrålen för en SEM eller STEM är mycket liten, skannas den över provet och variationer i den inducerade EBIC används för att kartlägga provets elektroniska aktivitet.
Genom att använda signalen från picoammetern som bildsignal, bildas en EBIC-bild på skärmen hos SEM eller STEM. När en halvledarenhet avbildas i tvärsnitt kommer utarmningsområdet att visa ljus EBIC-kontrast. Kontrastens form kan behandlas matematiskt för att bestämma halvledarens minoritetsbäraregenskaper, såsom diffusionslängd och ytrekombinationshastighet. I vanlig vy kommer områden med bra kristallkvalitet att visa ljus kontrast och områden som innehåller defekter kommer att visa mörk EBIC-kontrast.
Som sådan är EBIC en halvledaranalysteknik användbar för att utvärdera minoritetsbäraregenskaper och defektpopulationer.
EBIC kan användas för att undersöka hetero-korsningar under ytan av nanotrådar och egenskaperna hos minoritetsbärare [ 1] .
EBIC har också utvidgats till studier av lokala defekter i isolatorer. Till exempel utvecklade WS Lau ( Lau Wai Shing ) "sann oxidelektronstråleinducerad ström" på 1990-talet. Sålunda, förutom pn-junction eller Schottky-junction , kan EBIC även tillämpas på MOS- dioder. Lokala defekter i halvledaren och lokala defekter i isolatorn kunde särskiljas. Det finns en sorts defekt som har sitt ursprung i kiselsubstratet och sträcker sig in i isolatorn ovanpå kiselsubstratet . (Se referenser nedan.)
Nyligen har EBIC applicerats på högk-dielektrik som används i avancerad CMOS- teknik.
Kvantitativ EBIC
De flesta EBIC-bilder är kvalitativa och visar endast EBIC-signalen som kontrastbild. Användning av en extern skanningskontrollgenerator på SEM och ett dedikerat datainsamlingssystem möjliggör sub-picoamp-mätningar och kan ge kvantitativa resultat. Vissa system är kommersiellt tillgängliga som gör detta och ger möjlighet att tillhandahålla funktionell bildåtergivning genom att förspänna och applicera grindspänningar på halvledarenheter.
- Leamy, HJ (1982). "Laddningsuppsamling scanning elektronmikroskopi". Journal of Applied Physics . AIP-publicering. 53 (6): 51–80 kr. doi : 10.1063/1.331667 . ISSN 0021-8979 . (Recensionsartikel)
- Donolato, C. (1982). "Om analysen av diffusionslängdmätningar med SEM". Solid State Electronics . Elsevier BV. 25 (11): 1077–1081. doi : 10.1016/0038-1101(82)90144-7 . ISSN 0038-1101 .
- Bonard, Jean-Marc; Ganière, Jean-Daniel (1 april 1996). "Kvantitativ analys av elektronstråleinducerade strömprofiler över p-n-övergångar i GaAs/Al 0,4 Ga 0,6 som heterostrukturer". Journal of Applied Physics . AIP-publicering. 79 (9): 6987–6994. doi : 10.1063/1.361464 . ISSN 0021-8979 .
- Cole, E. (2004). "Strålbaserade defektlokaliseringsmetoder". Mikroelektronikfelanalys . ASM International. s. 406–407. ISBN 0-87170-804-3 .
- Lau, WS; Chan, DSH; Phang, JCH; Chow, KW; Pey, KS; Lim, YP; Cronquist, B. (18 oktober 1993). "Sann oxidelektronstråleinducerad ström för lågspänningsavbildning av lokala defekter i mycket tunna kiseldioxidfilmer". Bokstäver i tillämpad fysik . AIP-publicering. 63 (16): 2240–2242. doi : 10.1063/1.110539 . ISSN 0003-6951 .
- Lau, WS; Chan, DSH; Phang, JCH; Chow, KW; Pey, KS; Lim, YP; Sane, V.; Cronquist, B. (15 januari 1995). "Kvantitativ avbildning av lokala defekter i mycket tunna kiseldioxidfilmer vid låg förspänning genom sann oxidelektronstråleinducerad ström". Journal of Applied Physics . AIP-publicering. 77 (2): 739–746. doi : 10.1063/1.358994 . ISSN 0021-8979 .
- Lau, WS; Sane, V.; Pey, KS; Cronquist, B. (6 november 1995). "Två typer av lokala oxid-/substratdefekter i mycket tunna kiseldioxidfilmer på kisel". Bokstäver i tillämpad fysik . AIP-publicering. 67 (19): 2854–2856. doi : 10.1063/1.114807 . ISSN 0003-6951 .
- Chen, Jun; Sekiguchi, Takashi; Fukata, Naoki; Takase, Masami; Hasunuma, Ryu; Yamabe, Kikuo; Sato, Motoyuki; Nara, Yasuo; Yamada, Keisaku; Chikyo, Toyohiro (20 april 2009). "Trap-relaterade bärare transporter i p-kanal fälteffekt transistor med polykristallin Si/HSiON Gate Stack". Japanese Journal of Applied Physics . Japan Society of Applied Physics. 48 (4): 04C005. doi : 10.1143/jjap.48.04c005 . ISSN 0021-4922 . S2CID 109330448 . (Obs: EBIC utfördes på avancerad high-k gate stack även om det inte är uppenbart genom att läsa titeln på tidningen.)
- Chen, Guannan; McGuckin, Terrence; Hawley, Christopher J.; Gallo, Eric M.; Prete, Paola; Miccoli, Ilio; Lovergine, Nico; Spanier, Jonathan E. (29 december 2014). "Subsurface Imaging of Coupled Carrier Transport in GaAs/AlGaAs Core–Shell Nanowires". Nanobokstäver . American Chemical Society (ACS). 15 (1): 75–79. doi : 10.1021/nl502995q . ISSN 1530-6984 . PMID 25545191 .