Ток, индуцированный электронным лучом

Электронно-лучевой индуцированный ток (EBIC) — это метод анализа полупроводников, выполняемый в сканирующем электронном микроскопе (SEM) или сканирующем просвечивающем электронном микроскопе (STEM). Его чаще всего используют для выявления скрытых переходов или дефектов в полупроводниках или для изучения неосновных носителей заряда свойств . EBIC похож на катодолюминесценцию в том, что он зависит от создания электронно-дырочных пар в полупроводниковом образце электронным лучом микроскопа. Этот метод используется в анализе отказов полупроводников и физике твердого тела .

Физика техники

Если полупроводниковый образец содержит внутреннее электрическое поле , которое будет присутствовать в обедненной области pn -перехода или перехода Шоттки , электрон-дырочные пары будут разделены дрейфом из-за электрического поля. Если p- и n-стороны (или полупроводник и контакт Шоттки, в случае устройства Шоттки) соединены через пикоамперметр , потечет ток.

EBIC лучше всего понять по аналогии: в солнечном элементе фотоны света падают на всю ячейку, доставляя таким образом энергию и создавая пары электронов и дырок, а также вызывают протекание тока. В EBIC энергичные электроны берут на себя роль фотонов, заставляя течь ток EBIC. Однако, поскольку электронный луч SEM или STEM очень мал, он сканируется по образцу, и изменения индуцированного EBIC используются для картирования электронной активности образца.

Используя сигнал пикоамперметра в качестве сигнала визуализации, на экране SEM или STEM формируется изображение EBIC. Когда полупроводниковое устройство визуализируется в поперечном сечении, область истощения будет иметь яркий контраст EBIC. Форму контраста можно обработать математически, чтобы определить свойства неосновных носителей полупроводника, такие как длина диффузии и скорость поверхностной рекомбинации. На простом изображении области с хорошим качеством кристалла будут иметь яркий контраст, а области с дефектами — темный контраст EBIC.

Таким образом, EBIC представляет собой метод анализа полупроводников, полезный для оценки свойств неосновных носителей и популяции дефектов.

EBIC может использоваться для исследования подповерхностных гетеропереходов нанопроводов и свойств неосновных носителей [1] .

EBIC также был расширен для изучения локальных дефектов изоляторов. Например, В. С. Лау ( Лау Вай Шинг ) в 1990-х годах разработал «настоящий оксидный ток, индуцированный электронным лучом». Таким образом, помимо pn-перехода или перехода Шоттки , EBIC также можно применять в МОП- диодах. Можно выделить локальные дефекты полупроводника и локальные дефекты изолятора. Существует своего рода дефект, который возникает в кремниевой подложке и распространяется на изолятор поверх кремниевой подложки. (Пожалуйста, смотрите ссылки ниже.)

Недавно EBIC был применен к диэлектрику high-k, используемому в передовой КМОП- технологии.

СЕБИК

Сопутствующий метод STEM EBIC, называемый EBIC вторичной электронной эмиссии или SEEBIC, измеряет положительный ток, создаваемый эмиссией вторичных электронов из образца [2] . SEEBIC был впервые продемонстрирован в 2018 году, вероятно, из-за его гораздо меньшего сигнала по сравнению со стандартным режимом EBIC (разделение пар электронов и дырок). Меньший объем взаимодействия генерации вторичных электронов по сравнению с образованием электронно-дырочных пар делает SEEBIC доступным с гораздо более высоким пространственным разрешением [3] . Сигнал SEEBIC чувствителен к ряду электронных свойств и, в первую очередь, является единственным методом картирования электропроводности с высоким разрешением для электронного микроскопа [4] .

Количественный БЕЗ EBIC

Большинство изображений EBIC, полученных с помощью SEM, являются качественными и отображают только сигнал EBIC в качестве контраста изображения. Использование внешнего генератора управления сканированием на СЭМ и специальной системы сбора данных позволяет проводить измерения с использованием субпикоампер и давать количественные результаты. Некоторые коммерчески доступные системы делают это и обеспечивают возможность обеспечения функциональной визуализации путем смещения и подачи напряжения на затвор к полупроводниковым устройствам.

Ссылки

Лими, HJ (1982). «Сканирующая электронная микроскопия сбора заряда». Журнал прикладной физики . 53 (6). Издательство AIP: R51–R80. Бибкод : 1982JAP....53R..51L . дои : 10.1063/1.331667 . ISSN 0021-8979 . (Обзор статьи)
Донолато, К. (1982). «Об анализе измерений диффузионной длины с помощью СЭМ». Твердотельная электроника . 25 (11). Эльзевир Б.В.: 1077–1081. Бибкод : 1982SSEle..25.1077D . дои : 10.1016/0038-1101(82)90144-7 . ISSN 0038-1101 .
Бонар, Жан-Марк; Ганьер, Жан-Даниэль (1 апреля 1996 г.). «Количественный анализ профилей электронно-лучевого тока через p – n-переходы в гетероструктурах GaAs/Al _0,4 Ga _0,6 As». Журнал прикладной физики . 79 (9). Издательство АИП: 6987–6994. Бибкод : 1996JAP....79.6987B . дои : 10.1063/1.361464 . ISSN 0021-8979 .
Коул, Э. (2004). «Структурные методы локализации дефектов». Анализ отказов микроэлектроники . АСМ Интернешнл. стр. 406–407. ISBN 0-87170-804-3 .
Лау, штат Вашингтон; Чан, DSH; Панг, ЮЧ; Чоу, КВ; Пей, Канзас; Лим, Ю.П.; Кронквист, Б. (18 октября 1993 г.). «Истинный ток, индуцированный электронным лучом оксида, для низковольтной визуализации локальных дефектов в очень тонких пленках диоксида кремния». Письма по прикладной физике . 63 (16). Издательство AIP: 2240–2242. Бибкод : 1993ApPhL..63.2240L . дои : 10.1063/1.110539 . ISSN 0003-6951 .
Лау, штат Вашингтон; Чан, DSH; Панг, ЮЧ; Чоу, КВ; Пей, Канзас; Лим, Ю.П.; Сане, В.; Кронквист, Б. (15 января 1995 г.). «Количественное изображение локальных дефектов в очень тонких пленках диоксида кремния при низком напряжении смещения с помощью тока, индуцированного настоящим оксидным электронным лучом». Журнал прикладной физики . 77 (2). Издательство AIP: 739–746. Бибкод : 1995JAP....77..739L . дои : 10.1063/1.358994 . ISSN 0021-8979 .
Лау, штат Вашингтон; Сане, В.; Пей, Канзас; Кронквист, Б. (6 ноября 1995 г.). «Два типа локальных дефектов оксида/подложки в очень тонких пленках диоксида кремния на кремнии». Письма по прикладной физике . 67 (19). Издательство АИП: 2854–2856. Бибкод : 1995ApPhL..67.2854L . дои : 10.1063/1.114807 . ISSN 0003-6951 .
Чен, Цзюнь; Секигути, Такаши; Фуката, Наоки; Такасе, Масами; Хасунума, Рю; Ямабе, Кикуо; Сато, Мотоюки; Нара, Ясуо; Ямада, Кейсаку; Чикё, Тоёхиро (20 апреля 2009 г.). «Перенос носителей, связанный с ловушкой, в полевом транзисторе с p-каналом со стопкой затворов поликристаллического Si / HSiON». Японский журнал прикладной физики . 48 (4). Японское общество прикладной физики: 04C005. Бибкод : 2009JaJAP..48dC005C . дои : 10.1143/jjap.48.04c005 . ISSN 0021-4922 . S2CID 109330448 . (Примечание: EBIC был выполнен на усовершенствованном стеке вентилей high-k, хотя это и не очевидно, если прочитать заголовок статьи.)
Чен, Гуаннань; МакГакин, Терренс; Хоули, Кристофер Дж.; Галло, Эрик М.; Прете, Паола; Микколи, Илио; Ловерджин, Нико; Спаниер, Джонатан Э. (29 декабря 2014 г.). «Подповерхностное изображение связанного транспорта носителей в нанопроволоках ядро-оболочка GaAs/AlGaAs». Нано-буквы . 15 (1). Американское химическое общество (ACS): 75–79. дои : 10.1021/nl502995q . ISSN 1530-6984 . ПМИД 25545191 .