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1、半导体薄膜制备与分析技术ch 主讲 郭伟玲半导体薄膜制备与分析技术ch 主讲 郭伟玲 1 1 08 3208 32 电化学电化学CVCV测试测试 ECV ECV Electrochemical C V 半导体薄膜制备与分析技术ch 主讲 郭伟玲半导体薄膜制备与分析技术ch 主讲 郭伟玲 2 2 08 3208 32 Theory of a Schottky Barrier Ev E Ec VbVb ElectrolyteElectrolyte SemiconductorSemiconductor Wd r free relative permittivity Potential barrier
2、 height V Applied potential W V qN d r 2 0 1 2 CA qN V r 0 1 2 2 W A C d r 0 N qA C dC dV r 1 0 2 3 C Capacitance A Area of sample q Charge of an electron N Carrier Concentration 半导体薄膜制备与分析技术ch 主讲 郭伟玲半导体薄膜制备与分析技术ch 主讲 郭伟玲 3 3 08 3208 32 一 电化学一 电化学一 电化学一 电化学CVCVCVCV原理原理原理原理 1 1 电化学电化学电化学电化学C C V V EC
3、VECV 技术 技术 技术 技术 包括电化学腐蚀与电解液包括电化学腐蚀与电解液包括电化学腐蚀与电解液包括电化学腐蚀与电解液 半导半导半导半导 体结体结体结体结 L E S L E S结结结结 特性测试两部分内容 在测试分布时 电化特性测试两部分内容 在测试分布时 电化特性测试两部分内容 在测试分布时 电化特性测试两部分内容 在测试分布时 电化 学腐蚀与测试是交替进行的 学腐蚀与测试是交替进行的 学腐蚀与测试是交替进行的 学腐蚀与测试是交替进行的 2 2 半导体电化学腐蚀半导体电化学腐蚀半导体电化学腐蚀半导体电化学腐蚀是根据电化学中阳极氧化及电解原理 是根据电化学中阳极氧化及电解原理 是根据电化
4、学中阳极氧化及电解原理 是根据电化学中阳极氧化及电解原理 我们知道 固体物质在液体中消溶有两种方法 一种为不加我们知道 固体物质在液体中消溶有两种方法 一种为不加我们知道 固体物质在液体中消溶有两种方法 一种为不加我们知道 固体物质在液体中消溶有两种方法 一种为不加 外电场的情况下 利用液体和固体物质之间的化学反应 使外电场的情况下 利用液体和固体物质之间的化学反应 使外电场的情况下 利用液体和固体物质之间的化学反应 使外电场的情况下 利用液体和固体物质之间的化学反应 使 固体逐渐腐蚀的方法 该方法一般称湿发腐蚀 另一种为把固体逐渐腐蚀的方法 该方法一般称湿发腐蚀 另一种为把固体逐渐腐蚀的方法
5、 该方法一般称湿发腐蚀 另一种为把固体逐渐腐蚀的方法 该方法一般称湿发腐蚀 另一种为把 固体物质置于电解液中 外加直流电压 电压正端接要被腐固体物质置于电解液中 外加直流电压 电压正端接要被腐固体物质置于电解液中 外加直流电压 电压正端接要被腐固体物质置于电解液中 外加直流电压 电压正端接要被腐 蚀的固体物质 负端接一不被溶解且导电的电极 通电后 蚀的固体物质 负端接一不被溶解且导电的电极 通电后 蚀的固体物质 负端接一不被溶解且导电的电极 通电后 蚀的固体物质 负端接一不被溶解且导电的电极 通电后 阳极物质在电场和电解液的作用下逐渐被氧化 腐蚀的方法阳极物质在电场和电解液的作用下逐渐被氧化
6、腐蚀的方法阳极物质在电场和电解液的作用下逐渐被氧化 腐蚀的方法阳极物质在电场和电解液的作用下逐渐被氧化 腐蚀的方法 这种方法称电化学腐蚀 这种方法称电化学腐蚀 这种方法称电化学腐蚀 这种方法称电化学腐蚀 与湿发腐蚀相比 电化学腐蚀的与湿发腐蚀相比 电化学腐蚀的与湿发腐蚀相比 电化学腐蚀的与湿发腐蚀相比 电化学腐蚀的 优点是可以精确的控制固体物质除去的深度 且与优点是可以精确的控制固体物质除去的深度 且与优点是可以精确的控制固体物质除去的深度 且与优点是可以精确的控制固体物质除去的深度 且与L E SL E S结结结结 测试兼容 测试兼容 测试兼容 测试兼容 半导体薄膜制备与分析技术ch 主讲
7、郭伟玲半导体薄膜制备与分析技术ch 主讲 郭伟玲 4 4 08 3208 32 电解液电解液电解液电解液 半导体结 半导体结 半导体结 半导体结 L E SL E S结 特性测试是基结 特性测试是基结 特性测试是基结 特性测试是基 于肖特基结 又称于肖特基结 又称于肖特基结 又称于肖特基结 又称M SM S结 电容效应 结 电容效应 结 电容效应 结 电容效应 L E SL E S 结可以看作结可以看作结可以看作结可以看作M SM S结 只不过这里把金属看成结 只不过这里把金属看成结 只不过这里把金属看成结 只不过这里把金属看成 电解液电解液电解液电解液L E L E 从导电性能和半导体结面层
8、中 从导电性能和半导体结面层中 从导电性能和半导体结面层中 从导电性能和半导体结面层中 形成接触势垒来看 形成接触势垒来看 形成接触势垒来看 形成接触势垒来看 L E SL E S和和和和M SM S是一样的 是一样的 是一样的 是一样的 这样 这样 这样 这样 L E SL E S结在下列假设条件下 结在下列假设条件下 结在下列假设条件下 结在下列假设条件下 在电解液 半导体界面上不存在界面态 在电解液 半导体界面上不存在界面态 在电解液 半导体界面上不存在界面态 在电解液 半导体界面上不存在界面态 L E SL E S结可做突变结近似 且认为半导体界面层结可做突变结近似 且认为半导体界面层
9、结可做突变结近似 且认为半导体界面层结可做突变结近似 且认为半导体界面层 势垒区为载流子耗尽区 势垒区为载流子耗尽区 势垒区为载流子耗尽区 势垒区为载流子耗尽区 半导体中横向平面内掺杂均匀 半导体中横向平面内掺杂均匀 半导体中横向平面内掺杂均匀 半导体中横向平面内掺杂均匀 半导体薄膜制备与分析技术ch 主讲 郭伟玲半导体薄膜制备与分析技术ch 主讲 郭伟玲 5 5 08 3208 32 Cell Configuration Cell Configuration SchematicSchematic 化学池结构图化学池结构图 半导体薄膜制备与分析技术ch 主讲 郭伟玲半导体薄膜制备与分析技术ch
10、 主讲 郭伟玲 6 6 08 3208 32 ECVECV的等效电路图 的等效电路图 半导体薄膜制备与分析技术ch 主讲 郭伟玲半导体薄膜制备与分析技术ch 主讲 郭伟玲 7 7 08 3208 32 Si Si Si A A Si A Si Si A Si Si Si Si Si A Depletion zone ve ve Semiconductor ElectrolyteSmall leakage current P type semiconductor Reverse Bias a Si Si Si D D Si D Si Si D Si Si Si Si Si D Depletion
11、 zone ve ve Semiconductor ElectrolyteSmall leakage current N type semiconductor Reverse Bias b 4 Si Si Si A A Si A Si Si A Si Si Si Si Si A ve ve Semiconductor Electrolyte P type semiconductor Forward Bias a Si Si Si D D Si D Si Si D Si Si Si Si Si D Depletion zone ve ve Semiconductor Electrolyte N
12、type semiconductor Reverse Bias with illumination b Etching current Si4 Etching current Si Electrochemical ProfilingElectrochemical ProfilingElectrochemical ProfilingElectrochemical Profiling or ro d SiSi SiSi HH dV dC C Ae N C A W 42 2 2 3 2 2 2 2 1 1 半导体薄膜制备与分析技术ch 主讲 郭伟玲半导体薄膜制备与分析技术ch 主讲 郭伟玲 8 8
13、08 3208 32 Si Si Si A A Si A Si Si A Si Si Si Si Si A ve ve Semiconductor Electrolyte P type semiconductor Forward Bias a Si Si Si D D S i D S i S i D S i S i Si Si Si D Depletion zone ve ve Semiconductor Electrolyte N type semiconductor Reverse Bias with illumination b Etching current Si4 Etching c
14、urrent Si4 Dissolution of n type and p type samples Dissolution etching of semiconductor materials depends on the presence of holes p type materials holes are plentiful and dissolution is readily achieved by forward biasing the semiconductor electrolyte junction n type materials in which electrons a
15、re the majority charge carriers holes have to be created for dissolution to take place h E c g 半导体薄膜制备与分析技术ch 主讲 郭伟玲半导体薄膜制备与分析技术ch 主讲 郭伟玲 9 9 08 3208 32 测量方法测量方法测量方法测量方法 1 Obtain an I V plot from which it is possible to derive the bias voltage range for capacitance measurement 2 Using the bias volta
16、ge range derived from the I V plot obtain a C V plot and use this to derive the measurement potential required to create etching conditions 3 Measure the depletion profile 4 Using information obtained above perform the etch profile 半导体薄膜制备与分析技术ch 主讲 郭伟玲半导体薄膜制备与分析技术ch 主讲 郭伟玲 101008 3208 32 Dark I V curve Illuminated I V curve IV curve of n type GaAs 4E17 with Tiron Dark I V curve Illuminated I V curve IV curve of p type GaAs 4E17 with Tiro etched depth Wr t r Idt azF M W 0 PROFILED DEPTH Wr Wd W
