Profilowanie pojemnościowo-napięciowe

Profilowanie pojemnościowo-napięciowe (lub profilowanie C – V , czasami profilowanie CV ) to technika charakteryzowania materiałów i urządzeń półprzewodnikowych . Przyłożone napięcie jest zmieniane, a pojemność jest mierzona i wykreślana jako funkcja napięcia. Technika ta wykorzystuje metal - półprzewodnik ( bariera Schottky'ego ) lub złącze p-n lub tranzystor MOSFET do utworzenia obszaru zubożenia , obszaru, który jest pozbawiony przewodzących elektronów i dziur , ale może zawierać zjonizowane donory i elektrycznie aktywne defekty lub pułapki . Obszar wyczerpania z jego zjonizowanymi ładunkami wewnątrz zachowuje się jak kondensator. Zmieniając napięcie przyłożone do złącza, można zmieniać szerokość wyczerpywania . Zależność szerokości wyczerpywania od przyłożonego napięcia dostarcza informacji o wewnętrznych właściwościach półprzewodnika, takich jak profil domieszkowania i defektów aktywnych elektrycznie . ^, Pomiary można wykonywać przy prądzie stałym lub przy użyciu zarówno prądu stałego, jak i sygnału prądu przemiennego o małym sygnale (metoda przewodności ⁾ , lub przy użyciu napięcia przejściowego o dużym sygnale .

Aplikacja

Wielu badaczy stosuje testy pojemnościowo-napięciowe (C-V) do określania parametrów półprzewodników, szczególnie w strukturach MOSCAP i MOSFET. Jednak pomiary C – V są również szeroko stosowane do charakteryzowania innych typów urządzeń i technologii półprzewodnikowych, w tym bipolarnych tranzystorów złączowych, JFET, urządzeń złożonych III – V, ogniw fotowoltaicznych, urządzeń MEMS, organicznych tranzystorów cienkowarstwowych (TFT) wyświetlacze, fotodiody i nanorurki węglowe (CNT).

Podstawowy charakter tych pomiarów sprawia, że mają one zastosowanie w szerokim zakresie zadań i dyscyplin badawczych. Na przykład naukowcy używają ich na uniwersytetach iw laboratoriach producentów półprzewodników do oceny nowych procesów, materiałów, urządzeń i obwodów. Pomiary te są niezwykle cenne dla inżynierów produktów i udoskonalania wydajności, którzy są odpowiedzialni za doskonalenie procesów i wydajności urządzeń. Inżynierowie zajmujący się niezawodnością wykorzystują te pomiary również do kwalifikowania dostawców używanych przez nich materiałów, monitorowania parametrów procesu i analizowania mechanizmów awarii.

Z pomiarów C – V można wyprowadzić wiele parametrów urządzeń półprzewodnikowych i materiałów za pomocą odpowiednich metodologii, oprzyrządowania i oprogramowania. Informacje te są wykorzystywane w całym łańcuchu produkcji półprzewodników i rozpoczynają się od oceny kryształów hodowanych epitaksjalnie, w tym parametrów, takich jak średnie stężenie domieszkowania, profile domieszkowania i czas życia nośników.

Pomiary C-V mogą ujawnić grubość tlenku, ładunki tlenkowe, zanieczyszczenie ruchomymi jonami i gęstość pułapek międzyfazowych w procesach waflowych. Profil AC-V wygenerowany na nanoHUB dla masowego MOSFET-u o różnych grubościach tlenków. Zauważ, że czerwona krzywa wskazuje niską częstotliwość, podczas gdy niebieska krzywa ilustruje profil C-V dla wysokiej częstotliwości. Zwróć szczególną uwagę na zmianę napięcia progowego przy różnych grubościach tlenków.

Pomiary te nadal są ważne po wykonaniu innych etapów procesu, w tym między innymi litografii, trawienia, czyszczenia, osadzania dielektryka i polikrzemu oraz metalizacji. Po całkowitym wyprodukowaniu urządzeń profilowanie C-V jest często używane do charakteryzowania napięć progowych i innych parametrów podczas testowania niezawodności i podstawowych urządzeń oraz do modelowania wydajności urządzeń.

Pomiary C-V są wykonywane za pomocą mierników pojemnościowo-woltowych firmy Electronic Instrumentation. Służą one do analizy profili domieszkowania przyrządów półprzewodnikowych na podstawie uzyskanych wykresów C–V.

Profil C – V dla masowego MOSFET-u o różnej grubości tlenku.

Charakterystyka C–V struktury metal–tlenek–półprzewodnik

Struktura metal-tlenek-półprzewodnik jest krytyczną częścią MOSFET-u , kontrolującą wysokość bariery potencjału w kanale poprzez tlenek bramki.

n - kanałowego tranzystora MOSFET można podzielić na trzy regiony, pokazane poniżej i odpowiadające prawemu rysunkowi.

Wyczerpanie

Gdy do metalu zostanie przyłożone małe dodatnie napięcie polaryzacji, krawędź pasma walencyjnego jest odsuwana daleko od poziomu Fermiego , a otwory w korpusie są odsuwane od bramki, co skutkuje niską gęstością nośników, więc pojemność jest niska (tzw. dolina pośrodku rysunku po prawej stronie).

Inwersja

Przy większym odchyleniu bramki nadal, w pobliżu powierzchni półprzewodnika, krawędź pasma przewodnictwa zbliża się do poziomu Fermiego, wypełniając powierzchnię elektronami w warstwie inwersyjnej lub kanale n na granicy między półprzewodnikiem a tlenkiem. Powoduje to wzrost pojemności, jak pokazano w prawej części prawego rysunku.

Akumulacja

Kiedy przyłożone jest ujemne napięcie bramka-źródło (dodatnie źródło-bramka), tworzy się kanał p na powierzchni obszaru n , analogicznie do przypadku kanału n , ale z przeciwną polaryzacją ładunków i napięć. Wzrost gęstości otworów odpowiada wzrostowi pojemności, pokazanemu w lewej części prawego rysunku.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Symulator MOScap na stronie nanoHUB.org umożliwia użytkownikom obliczanie charakterystyk CV dla różnych profili domieszkowania, materiałów i temperatur.