Анализ ключевых характеристик методов локальной диагностики полупроводников - метода наведенного рентгеновским пучком тока и рентгеновского флуоресцентного метода

• Автор: Шабельникова, Яна Леонидовна
• Шифр специальности: 01.04.07, 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава I. Современное состояние проблемы применения методов

наведенного тока и рентгенофлуоресцентного анализа

для диагностики микрострукту р. Литературный обзор.

1.1. Проблема локальной диагностики полупроводниковых структур.

1.2. Метод наведенного тока.

1.2.1. Метод наведенного электронным пучком тока

ЕВ1С, из истории вопроса

а Физические основы метода

б Обсуждение получаемых с помощью ЕВ1С

метода результатов
1.2.2. Метод индуцированного рентгеновским пучком
тока ХВ1С.
1.3. Методы рентгенофлуоресцентной диагностики элементного состава объектов.
1.3.1. Рентгеновский флуоресцентный анализ.
1.3.2. Рентгенофлуоресцентная томография объектов.
1.3.3. Аппаратный подход в рентгенофлуоресцентной томографии.
1.4. Основные выводы главы 1.
Глава II. Сравнение функции сбора сигнала поликапиллярного коллиматора и коллиматора, созданного методами микроэлектроники, используемых в аппаратной рентгенофлуоресцентной томографии.
2.1. Постановка задачи, определение функции сбора,
применимость приближения геометрической оптики
2.2. Методика расчета функции сбора.
а Для коллиматора, созданного методами микроэлектроники
б Для поликапиллярного коллиматора.
2.3. Результаты расчета функций сбора для двух типов коллиматоров и их сравнение.
2.4. Преимущества использования микроэлектронного коллиматора.
2.4.1. Независимость функции сбора коллиматора
от энергии флуоресцентных квантов.
2.4.2. Оценка доли излучения, проходящего через коллиматор
в результате явления полного внешнего отражения.
2.5. Основные результаты и выводы главы II
Глава III. Моделирование XI контраста от протяженных дефектов дислокаций и границ зерен и сравнение его с I контрастом
3.1. Постановка задачи, преимущества метода XI и вопросы, ожидающие решения
3.2. Модель расчета наведенного тока и определение контраста
от дефекта
3.2.1. Вероятность собирания неравновесных носителей заряда
а Для границ зерен.
б Для дислокаций.
3.2.2. Функция генерации электрондырочных пар
а Функция генерации в методе I
б Функция генерации в методе XI
3.3. Результаты расчета контраста от протяженных дефектов
3.3.1. Анализ и сравнение с I контрастом.
3.3.2. Сравнение с экспериментальными данными
3.4. Функция генерации в приближении гауссового распределения электрондырочных пар, рожденных фотоэлектроном.
3.5. Основные результаты и выводы главы III
Выводы диссертации.
Приложение 1.
Приложение II
Список литературы


Современное состояние проблемы применения методов наведенного тока и рентгенофлуоресцентного анализа для диагностики микроструктур. Для успешного применения полупроводниковых материалов и структур на их основе в нано-, опто- и фотоэлектронике необходимо знать их электрофизические и оптические характеристики, такие как диффузионная длина, концентрация примесей, тип и размеры дефектов структуры и т. Поэтому измерения таких параметров имеют огромное практическое значение, причем методы их измерения должны обладать достаточным пространственным разрешением. В методах, где применяется сканирование образца пучком частиц (электронов, ионов, оптических или рентгеновских квантов) разрешение, в некотором приближении, определяется диаметром пучка. Однако нельзя бесконечно повышать разрешение, уменьшая размер пучка. При достаточно тонком пучке пространственное разрешение будет определяться объемом среды, в котором поглощаются первичные частицы, а также размерами области проникновения наведенных частиц (т. Например, при диагностике электронным пучком фото- и Оже электроны выходят из области образца размером порядка глубины проникновения пучка, а в методе наведенного тока вторичные частицы (в случае кремния п-типа это дырки, неосновные носители заряда) могут пройти расстояние порядка диффузионной длины. Таким образом, локальность методов исследования определяется фундаментальным характером взаимодействия с веществом первичных и наведенных частиц, и в ряде случаев принципиально не может быть улучшена аппаратным способом после достижения некоторого фундаментального предела. В этих условиях дальнейшее повышение разрешения и точности определения электрофизических параметров возможно только путем привлечения моделей формирования сигнала для решения обратных задач. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) - это чрезвычайно гибкий инструмент, способный давать информацию о самых разных процессах, происходящих при облучении образца электронным пучком. При таком облучении, в числе других процессов, происходит генерация тока в полупроводниках [1], на чем и сфокусировано внимание в данной работе. Общепринятая и популярная аббревиатура этого процесса - ЕВ 1C (electron beam induced current). В методе ЕВ1С электронный пучок, как показано на рис. Шоттки). Энергия электронов в пучке обычно составляет от 1 до кэВ, в то время как минимальная энергия, необходимая для образования электрон-дырочной пары в полупроводнике и определяемая шириной запрещенной зоны, имеет порядок 1 эВ. В результате облучения каждый электрон пучка производит в полупроводнике большое число (порядка 3-4) элекгрон-дырочных пар. Эти электрон-дырочные пары генерируются в материале внутри ограниченного объема, так называемого «объема генерации». Важными здесь являются неосновные носители заряда - электроны для полупроводника р-типа, и дырки для полупроводника л-типа. Рис. Схематическое представление ЕВ1С метода. Электрон-дырочные пары генерируются внутри заштрихованной области. В полупроводнике р-типа электроны диффундируют к переходу, собираются и, следовательно, формируют наведенный ток. Справа - пример ЕВ1С микроснимка поликристаллического солнечного элемента. Повышенная рекомбинация вдоль границ зерен видна как темный контраст. Также видно, что контраст (= рекомбинация) изменяется вдоль некоторых границ [1]. Генерация неравновесных носителей заряда внутри полупроводника электронным пучком схематически показана на рис. При столкновении высокоэнергетичного электрона пучка с кристаллической решеткой валентный электрон может быть выбит в зону проводимости, и в валентной зоне появится дырка. Возбужденные пучком электроны и дырки двигаются случайно, захватываются и аннигилируют друг с другом до тех пор, пока все неравновесные носители не исчезнут. Если длина свободного пробега сгенерированных неосновных носителей достаточно велика, то они в процессе диффузии будут достигать области пространственного заряда (ОПЗ) и попадать под влияние сформированного там сильного электрического поля, образуя, таким образом, ток, который может быть измерен. Область пространственного заряда чаще всего создается /?