Профилирование емкости-напряжения
Профилирование емкости-напряжения (или профилирование C-V , иногда профилирование CV ) — это метод определения характеристик полупроводниковых материалов и устройств. Приложенное напряжение варьируется, емкость измеряется и строится график зависимости от напряжения. В этом методе используется переход металл - полупроводник ( барьер Шоттки ) или p-n-переход. [ 1 ] или МОП-транзистор для создания обедненной области , области, которая пуста от проводящих электронов и дырок , но может содержать ионизированные доноры и электрически активные дефекты или ловушки . Область обеднения с 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 его легирования и плотность электрически активных дефектов . [ 2 ] , [ 3 ] Измерения можно проводить при постоянном токе или с использованием как постоянного, так и слабого переменного сигнала ( метод проводимости). [ 3 ] , [ 4 ] ), или использование переходного напряжения с большим сигналом . [ 5 ]
Приложение
[ редактировать ]Многие исследователи используют измерение напряжения-емкости (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. и углеродные нанотрубки (УНТ).
Фундаментальный характер этих измерений делает их применимыми для широкого круга 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 ценны для инженеров по повышению качества продукции и производительности, которые отвечают за улучшение процессов и производительности устройств. Инженеры по надежности также используют эти измерения для квалификации поставщиков материалов, которые они используют, для мониторинга параметров процесса и анализа механизмов отказов.
Множество параметров полупроводниковых устройств и материалов можно получить на основе измерений C–V с помощью соответствующих методологий, приборов и программного обеспечения. Эта информация используется на протяжении всей цепочки производства полупроводников и начинается с оценки кристаллов, выращенных эпитаксиально, включая такие параметры, как средняя концентрация легирования, профили легирования и время жизни носителей.
Измерения C–V могут выявить толщину оксида, заряд оксида, загрязнение подвижными ионами и плотность ловушек на границе раздела в процессах производства пластин. Профиль AC–V, созданный на nanoHUB для объемного МОП-транзистора с различной толщиной оксида. Обратите внимание, что красная кривая указывает на низкую частоту, тогда как синяя кривая иллюстрирует высокочастотный профиль C–V. Особое внимание обратите на сдвиг порогового напряжения при различной толщине оксида.
Эти измерения продолжают оставаться важными после выполнения других этапов процесса, включая, среди прочего, литографию, травление, очистку, осаждение диэлектрика и поликремния, а также металлизацию. После того, как устройства полностью изготовлены, C–V-профилирование часто используется для определения характеристик пороговых напряжений и других параметров во время испытаний надежности и базовых устройств, а также для моделирования производительности устройств.
Измерения C–V проводятся с помощью измерителей емкости-напряжения электронных приборов. Они используются для анализа профилей легирования полупроводниковых приборов по полученным C–V-графикам.
C–V характеристики структуры металл–оксид–полупроводник
[ редактировать ]Структура металл-оксид-полупроводник является важной частью МОП-транзистора , контролируя высоту потенциального барьера в канале через оксид затвора.
Работу n - канального МОП-транзистора можно разделить на три области, показанные ниже и соответствующие рисунку справа.
Истощение
[ редактировать ]Когда к металлу прикладывается небольшое положительное напряжение смещения, край валентной зоны отодвигается далеко от уровня Ферми , а дырки из тела отодвигаются от затвора, что приводит к низкой плотности носителей, поэтому емкость мала ( долина в середине рисунка справа).
Инверсия
[ редактировать ]При большем смещении затвора вблизи поверхности полупроводника край зоны проводимости приближается к уровню Ферми, заселяя поверхность электронами в инверсионном слое или n-канале на границе между полупроводником и оксидом. Это приводит к увеличению емкости, как показано в правой части правого рисунка.
Накопление
[ редактировать ]Когда прикладывается отрицательное напряжение затвор-исток (положительное напряжение исток-затвор), оно создает p -канал на поверхности n - области, аналогично случаю n -канала, но с противоположными полярностями зарядов и напряжений. Увеличение плотности дырок соответствует увеличению емкости, как показано в левой части правого рисунка.
См. также
[ редактировать ]- Вольт-амперная характеристика
- Регион истощения
- Ширина истощения
- Профилирование емкости уровня возбуждения
- Переходная спектроскопия глубокого уровня
- Структура металл–оксид–полупроводник.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дж. Хилибранд и Р.Д. Голд, «Определение распределения примесей в переходных диодах на основе измерений емкости-напряжения», RCA Review, vol. 21, с. 245, июнь 1960 г.
- ^ Ален К. Дибольд, изд. (2001). Справочник по метрологии кремниевых полупроводников . ЦРК Пресс. стр. 59–60. ISBN 0-8247-0506-8 .
- ^ Перейти обратно: а б Э. Х. Николлиан, JR Brews (2002). МОП (Металл-оксид-полупроводник) Физика и технология . Уайли. ISBN 978-0-471-43079-7 .
- ^ Анджей Якубовский, Генрик М. Пшевлоцкий (1991). Диагностические измерения при производстве интегральных схем БИС/СБИС . Всемирная научная. п. 159. ИСБН 981-02-0282-2 .
- ^ Шэн С. Ли и Сорин Кристоловяну (1995). Электрические характеристики материалов и устройств кремний-на-изоляторе . Спрингер. Глава 6, с. 163. ИСБН 0-7923-9548-4 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Симулятор MOScap на nanoHUB.org позволяет пользователям рассчитывать характеристики CV для различных профилей легирования, материалов и температур.