半導(dǎo)體材料測試與分析

前言

　　半導(dǎo)體材料是信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，是微電子、光電子以及太陽能等工業(yè)的基石，對國家工業(yè)、科技和國防的發(fā)展具有至關(guān)重要的意義。毫無疑問，半導(dǎo)體材料的電學(xué)性能、光學(xué)性能和機械性能將會影響半導(dǎo)體器件的性能和質(zhì)量，而半導(dǎo)體材料這些性能又取決于其摻雜和晶格的完整性，因此，半導(dǎo)體材料性能和結(jié)構(gòu)的測試和分析，是半導(dǎo)體材料研究和開發(fā)的重要方面?！　∧壳埃覈晕㈦娮庸I(yè)為代表的高科技產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，已經(jīng)成為國際微電子的主要產(chǎn)業(yè)基地之一；同時，我國的太陽能產(chǎn)業(yè)也發(fā)展迅速，數(shù)百家太陽能電池器件和材料企業(yè)涉及其中，其太陽能電池產(chǎn)量已經(jīng)居世界第一位，是我國重要的新興高科技產(chǎn)業(yè)；另外，我國半導(dǎo)體照明等光電子和其他新型半導(dǎo)體材料、器件產(chǎn)業(yè)也方興未艾。因此，半導(dǎo)體材料的研究、開發(fā)和應(yīng)用，成為國家科技、工業(yè)和國防領(lǐng)域優(yōu)先發(fā)展的重要方向，這些對半導(dǎo)體材料的測試與分析都有重要的需求。隨著技術(shù)的進步，無論是半導(dǎo)體材料的測試技術(shù)、測試原理，還是應(yīng)用領(lǐng)域，都將會有很大的變化和發(fā)展?！　”緯饕枋霭雽?dǎo)體材料的測試分析技術(shù)，介紹各種測試技術(shù)的基本原理、儀器結(jié)構(gòu)、樣品制備和分析實例，主要包括載流子濃度（電阻率）、少數(shù)載流子壽命、發(fā)光等性能以及雜質(zhì)和缺陷的測試，其測試分析技術(shù)涉及四探針電阻率測試、無接觸電阻率測試、擴展電阻、微波光電導(dǎo)衰減測試、霍爾效應(yīng)測試、紅外光譜測試、深能級瞬態(tài)譜測試、正電子湮沒測試、熒光光譜測試、紫外，可見吸收光譜測試、電子束誘生電流測試、I-V和C-V等?！　”緯亟榻B半導(dǎo)體材料的專門的測試分析技術(shù)，特別是半導(dǎo)體材料電學(xué)性能和光學(xué)性能的測試。這些測試技術(shù)（如Hall效應(yīng)等）在普通的材料測試和分析著作中一般都沒有介紹；而深能級瞬態(tài)譜測試、正電子湮沒測試和電子束誘生電流測試技術(shù)在國內(nèi)幾乎沒有專門著作介紹。至于半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)的一般測試分析技術(shù)，如透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、光學(xué)顯微鏡、x射線衍射儀、光電子能譜儀等等，其原理和應(yīng)用在其他通用型材料測試分析技術(shù)和原理的著作中會涉及，在本書中就沒有加以介紹?！　”緯趪鴥?nèi)外最近研究成果的基礎(chǔ)上，闡述了半導(dǎo)體材料現(xiàn)代測試分析的主要技術(shù)，每一種技術(shù)都描述了基本原理、儀器構(gòu)造原理、樣品制備和實驗測試實例等內(nèi)容。在結(jié)構(gòu)上，以每一種測試技術(shù)為單元，單章獨立講述。

內(nèi)容概要

　　《半導(dǎo)體材料測試與分析》主要介紹半導(dǎo)體材料的各種測試分析技術(shù)，涉及測試技術(shù)的基本原理、儀器結(jié)構(gòu)、樣品制備和應(yīng)用實例等內(nèi)容：包括四探針電阻率、無接觸電阻率、擴展電阻、微波光電導(dǎo)衰減、霍爾效應(yīng)、紅外光譜、深能級瞬態(tài)譜、正電子湮沒、熒光光譜、紫外-可見吸收光譜、電子束誘生電流、I-V和C-V等測試分析技術(shù)。半導(dǎo)體材料是微電子、光電子和太陽能等工業(yè)的基石，而其電學(xué)性能、光學(xué)性能和機械性能將會影響半導(dǎo)體器件的性能和質(zhì)量，因此，半導(dǎo)體材料性能和結(jié)構(gòu)的測試和分析，是半導(dǎo)體材料研究和開發(fā)的重要方面?！　　栋雽?dǎo)體材料測試與分析》可供大專院校的半導(dǎo)體物理、材料與器件、材料科學(xué)與工程和太陽能光伏等專業(yè)的高年級學(xué)生、研究生和教師作教學(xué)用書或參考書，也可供從事相關(guān)研究和開發(fā)的科技工作者和企業(yè)工程師參考。

書籍目錄

前言第1章 電阻率測試1.1 探針法1.1.1 半導(dǎo)體材料的電阻率和載流子濃度1.1.2 探針法測試電阻率的基本原理1.1.3 四探針法的測試設(shè)備1.1.4 樣品制備及測試過程注意事項1.1.5 四探針測試的應(yīng)用和實例1.2 無接觸法1.2.1 無接觸法測試原理1.2.2 無接觸式渦流法測試設(shè)備1.2.3 樣品制備及測試過程注意事項1.2.4 無接觸測試的應(yīng)用和實例參考文獻第2章 擴展電阻測試2.1 擴展電阻測試的基本原理2.1.1 單探針結(jié)構(gòu)擴展電阻的測試原理2.1.2 二探針和三探針結(jié)構(gòu)的測試原理2.1.3 三種探針結(jié)構(gòu)形式的比較2.2 擴展電阻測試系統(tǒng)2.3 擴展電阻測試的樣品2.3.1 擴展電阻法樣品的磨角2.3.2 擴展電阻法樣品的制備2.4 擴展電阻測試的影響因素2.4.1 擴展電阻法測量過程中應(yīng)注意的問題2.4.2 擴展電阻法測量淺結(jié)器件結(jié)深和雜質(zhì)分布時應(yīng)注意的問題2.5 擴展電阻測試的應(yīng)用和實例2.5.1 硅晶體電阻率微觀均勻性的測量2.5.2 硅晶體中氧濃度及其分布的測量2.5.3 硅晶體離子注入層的測試2.5.4 硅外延層厚度和載流子濃度的測試2.5.5 硅pn結(jié)和器件結(jié)構(gòu)的測試2.5.6 硅晶體中雜質(zhì)擴散特性的測試參考文獻第3章 少數(shù)載流子壽命測試3.1 少數(shù)載流子的壽命3.1.1 非平衡載流子的產(chǎn)生3.1.2 非平衡載流子壽命3.2 少數(shù)載流子壽命測試的基本原理和技術(shù)3.2.1 少數(shù)載流子壽命的測試3.2.2 直流光電導(dǎo)衰退法3.2.3 高頻光電導(dǎo)衰退法3.2.4 表面光電壓法3.2.5 少子脈沖漂移法3.3 微波光電導(dǎo)衰退法3.3.1 微波光電導(dǎo)測試基本原理3.3.2 微波光電導(dǎo)測試系統(tǒng)和設(shè)備3.3.3 微波光電導(dǎo)測試樣品3.3.4 微波光電導(dǎo)測試影響因素3.3.5 微波光電導(dǎo)測試的應(yīng)用和實例參考文獻第4章 少數(shù)載流子擴散長度測試4.1 表面光電壓測試原理4.1.1 古德曼關(guān)系4.1.2 少子擴散長度4.1.3 理論修正4.2 表面光電壓測試系統(tǒng)4.3 表面光電壓測試樣品和測試工藝4.3.1 測試樣品4.3.2 測試工藝4.4 表面光電壓測試影響因素4.4.1 吸收系數(shù)4.4.2 反射率4.4.3 探針及光斑直徑4.4.4 溫度4.4.5 表向復(fù)合4.4.6 陷阱4.4.7 掃描方式4.5 表面光電壓測試的應(yīng)用和實例4.5.1 硅片中的Fe濃度測試4.5.2 多晶硅薄膜性能表征4.5.3 化合物半導(dǎo)體InP性能表征參考文獻第5章 霍爾效應(yīng)測試5.1 霍爾效應(yīng)的基本理論5.1.1 霍爾效應(yīng)的基本原理5.1.2 范德堡測試技術(shù)5.2 霍爾效應(yīng)的測試系統(tǒng)5.2.1 霍爾效應(yīng)測試儀的結(jié)構(gòu)5.2.2 霍爾效應(yīng)儀的靈敏度5.3 霍爾效應(yīng)的樣品和測試5.3.1 霍爾效應(yīng)測試的樣品結(jié)構(gòu)5.3.2 霍爾效應(yīng)測試的測準(zhǔn)條件5.3.3 霍爾效應(yīng)測試步驟5.4 霍爾效應(yīng)測試的應(yīng)用和實例5.4.1 硅的雜質(zhì)補償度測量5.4.2 znO的載流子濃度、遷移率和補償度測量5.4.3 硅超淺結(jié)中載流子濃度的深度分布測量參考文獻第6章 紅外光譜測試6.1 紅外光譜測試原理6.1.1 紅外光譜測試的基本分類6.1.2 傅里葉變換紅外光譜測試的基本原理6.1.3 傅里葉變換紅外光譜測試的特點6.2 傅里葉變換紅外光譜的測試系統(tǒng)6.3 紅外光譜測試的樣品和影響因素6.3.1 測試樣品制備6.3.2 測試影響因素6.4 傅里葉紅外光譜的應(yīng)用和實例6.4.1 硅晶體中雜質(zhì)和缺陷的測量6.4.2 砷化鎵中雜質(zhì)和缺陷的測量6.4.3 鍺中雜質(zhì)的測量6.4.4 氮化鎵中雜質(zhì)的測量參考文獻第7章 深能級瞬態(tài)譜測試7.1 深能級瞬態(tài)譜測試的基本原理7.1.1 陷阱中心的基本電學(xué)性質(zhì)7.1.2 陷阱對自由載流子的俘獲和發(fā)射7.1.3 陷阱中心引起的電容瞬態(tài)變化7.2 深能級瞬態(tài)譜測試技術(shù)7.2.1 Boxcar技術(shù)7.2.2 雙脈沖Boxcar技術(shù)7.2.3 Lock-in技術(shù)7.2.4 CC-DLTS技術(shù)7.2.5 傅里葉變換DLTS技術(shù)7.2.6 Laplace轉(zhuǎn)換的DLTS技術(shù)7.2.7 光生電導(dǎo)DLTS技術(shù)7.2.8 掃描DLTS技術(shù)7.3 深能級瞬態(tài)譜測試信號的分析7.3.1 俘獲截面和能級位置的測量7.3.2 陷阱深度分布的測量7.3.3 電場效應(yīng)和德拜效應(yīng)的測量7.3.4 擴展缺陷的DLTS譜特征7.4 深能級瞬態(tài)譜測試系統(tǒng)及品質(zhì)因子7.4.1 DLTS測試系統(tǒng)7.4.2 DLTS測試系統(tǒng)的品質(zhì)因子7.5 深能級瞬態(tài)譜測試樣品7.5.1 DLTS樣品要求7.5.2 歐姆接觸7.5.3 肖特基接觸7.6 深能級瞬態(tài)譜測試的應(yīng)用和實例7.6.1 GAAS薄膜缺陷的測量7.6.2 硅晶體點缺陷的測量7.6.3 硅晶體金屬雜質(zhì)的測量7.6.4 硅晶體位錯和氧化誘生層錯的測量……第8章 正電子湮沒譜測試第9章 光致熒光譜測試第10章 紫外-可見吸收光譜測試第11章 電子束誘生電流測試第12章 I-V和C-V測試參考文獻

章節(jié)摘錄

　　由于物質(zhì)對光的吸收具有選擇性，當(dāng)改變通過某一物質(zhì)的入射光的波長，并且記錄該物質(zhì)在每一波長處的吸光度時，這樣就可以獲得該物質(zhì)的吸收光譜?！　∮捎诜肿又须娮幽芗壍姆秶鷦偤迷谧贤?可見光（200～800mm）波段，因此當(dāng)入射光的波長在200～800mm時，所獲得的吸收光譜就是紫外-可見吸收光譜。研究各種物質(zhì)的紫外-可見吸收光譜，可以為研究它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供重要的信息。而基于上述原理進行分析的方法，稱為紫外-可見光分光光度法。紫外-可見光分光光度法自19世紀(jì)問世以來，已有一百多年的歷史。由于它具有較高的精度、設(shè)備簡單、檢測快速可靠、測試范圍較廣等優(yōu)點，可用于微量元素分析、高純物質(zhì)測試、環(huán)境及生物化學(xué)研究等方面，并在半導(dǎo)體材料研究和開發(fā)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用?！　”菊率紫冉榻B紫外-可見吸收光譜的基本概念和基本原理，其次介紹紫外-可見吸收光譜的方法和設(shè)備，最后介紹紫外一可見吸收光譜在半導(dǎo)體材料中的應(yīng)用?！　?0.1 光吸收的基本原理　　10.1.1 光的吸收　　物質(zhì)對光的吸收是物質(zhì)的分子、原子或離子與輻射能相互作用的一種形式。通常，只有當(dāng)入射光子的能量與吸光體原子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)的能量差相等時，引起電子在能級間的躍遷，入射光才會被吸收。因此，光的吸收是非連續(xù)的。而且。不同物質(zhì)的原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)所需的能量各有差異，故它只能選擇性地吸收與之相當(dāng)?shù)牟ㄩL的光，它們的關(guān)系服從普朗克條件。

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