半导体材料与器件表征 第3版pdf电子书版本下载

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第1章 电阻率 1

1.1 引言 1

1.2 两探针与四探针法 2

1.2.1 修正因子 6

1.2.2 任意形状样品的电阻率 12

1.2.3 测量电路 15

1.2.4 测量误差和注意事项 15

1.3 晶片图 18

1.3.1 双注入 18

1.3.2 调制光反射 19

1.3.3 载流子光照（CI） 21

1.3.4 光学密度测定（光密度计） 21

1.4 电阻压型 22

1.4.1 微分霍尔效应（DHE） 22

1.4.2 扩散电阻压型（SRP） 25

1.5 非接触测试方法 29

1.5.1 涡旋电流 29

1.6 导电类型 32

1.7 优点和缺点 34

附录1.1 电阻率随掺杂浓度的变化 35

附录1.2 本征载流子浓度 37

参考文献 39

习题 44

复习题 51

第2章 载流子与掺杂浓度 53

2.1 引言 53

2.2 电容-电压特性（C-V） 54

2.2.1 微分电容 54

2.2.2 能带偏移 59

2.2.3 最大-最小MOS-C电容 62

2.2.4 积分电容 65

2.2.5 汞探针接触 66

2.2.6 电化学C-V测试仪（ECV） 67

2.3 电容-电压（I-V） 69

2.3.1 MOSFET衬底电压-栅极电压 69

2.3.2 MOSFET阈值电压 70

2.3.3 扩散电阻 71

2.4 测量误差及注意事项 71

2.4.1 德拜长度和电压击穿 71

2.4.2 串联电阻 72

2.4.3 少数载流子和界面陷阱 77

2.4.4 二极管边缘电容和杂散电容 78

2.4.5 过剩漏电流 79

2.4.6 深能级杂质／陷阱 79

2.4.7 半绝缘衬底 81

2.4.8 仪器限制 81

2.5 霍尔效应 82

2.6 光学技术 85

2.6.1 等离子体共振 85

2.6.2 自由载流子吸收 85

2.6.3 红外光谱学 86

2.6.4 光致发光 88

2.7 二次离子质谱分析法（SIMS） 89

2.8 卢瑟福背散射（RBS） 90

2.9 横向分布 90

2.10 优点和缺点 91

附录2.1 并联或串联连接 93

附录2.2 电路转换 94

参考文献 96

习题 103

复习题 109

第3章 接触电阻和肖特基势垒 111

3.1 引言 111

3.2 金属-半导体接触 112

3.3 接触电阻 115

3.4 测量技术 117

3.4.1 两接触两端子法 118

3.4.2 多接触两端子法 121

3.4.3 四端子接触电阻方法 130

3.4.4 六端子接触电阻方法 135

3.4.5 非平面接触 136

3.5 肖特基势垒高度 137

3.5.1 电流-电压 138

3.5.2 电流-温度 139

3.5.3 容量-电压 140

3.5.4 光电流 141

3.5.5 弹道电子发射显微镜（BEEM） 142

3.6 方法间的比较 142

3.7 优点和缺点 143

附录3.1 寄生电阻的影响 144

附录3.2 与半导体接触的合金 146

参考文献 147

习题 153

复习题 162

第4章 串联电阻，沟道长度与宽度，阈值电压 163

4.1 引言 163

4.2 PN结二极管 164

4.2.1 电流-电压关系 164

4.2.2 开路电压衰减（OCVD） 166

4.3 肖特基二极管 167

4.3.1 串联电阻 167

4.4 太阳能电池 169

4.4.1 串联电阻-多倍光强 171

4.4.2 串联电阻-恒定光强 173

4.4.3 并联电阻 174

4.5 双极晶体管 175

4.5.1 发射极电阻 176

4.5.2 集电极电阻 178

4.5.3 基极电阻 178

4.6 MOSFETs 181

4.6.1 串联电阻和沟道长度-电流-电压 181

4.6.2 沟道长度-电容电压 189

4.6.3 沟道宽度 191

4.7 MESFETs和MODFETs 192

4.8 阈值电压 194

4.8.1 线性插补 196

4.8.2 漏电流恒定 199

4.8.3 亚阈值漏电流 199

4.8.4 跨导 199

4.8.5 跨导微商 200

4.8.6 漏电流比率 200

4.9 赝MOSFET 202

4.10 优点和缺点 203

附录4.1 肖特基二极管I-V方程 203

参考文献 205

习题 211

复习题 220

第5章 缺陷 222

5.1 引言 222

5.2 产生-复合统计 224

5.2.1 图示描述 224

5.2.2 数学描述 226

5.3 电容测量 228

5.3.1 稳态测量 229

5.3.2 瞬态测量 229

5.4 电流测量 237

5.5 电荷测量 238

5.6 深能级瞬态光谱（DLTS） 239

5.6.1 传统的DLTS 239

5.6.2 界面态陷阱电荷DLTS 248

5.6.3 光学扫描DLTS 250

5.6.4 注意事项 252

5.7 热刺激电容和电流 254

5.8 正电子湮灭光谱（PAS） 256

5.9 优点和缺点 258

附录5.1 激活能和俘获截面 259

附录5.2 时间常数提取 260

附录5.3 Si和GaAs数据 262

参考文献 267

习题 274

复习题 281

第6章 栅氧电荷、界面陷阱电荷和栅氧厚度 282

6.1 引言 282

6.2 固定氧化层陷阱电荷和可动氧化层电荷 284

6.2.1 电容-电压曲线 284

6.2.2 平带电压 289

6.2.3 电容测量 293

6.2.4 固定电荷 295

6.2.5 栅-半导体功函数差 296

6.2.6 氧化层陷阱电荷 298

6.2.7 可动电荷 299

6.3 界面陷阱电荷 302

6.3.1 低频（准稳态）法 302

6.3.2 电导 306

6.3.3 高频法 310

6.3.4 电荷泵 311

6.3.5 MOSFET亚阈值电流 317

6.3.6 DC-IV法 319

6.3.7 其他方法 320

6.4 氧化层厚度的影响 321

6.4.1 伏安法 322

6.4.2 电流-电压 325

6.4.3 其他方法 326

6.5 优点和缺点 326

附录6.1 电容测量法 327

附录6.2 卡盘电容效应和泄漏电流 329

参考文献 331

习题 338

复习题 343

第7章 载流子寿命 344

7.1 引言 344

7.2 复合时间和表面复合速率 345

7.3 产生寿命／表面产生速率 349

7.4 复合寿命—光学测量 350

7.4.1 光电导衰减（PCD） 353

7.4.2 准稳态光电导（QSSPC） 356

7.4.3 短路电流／开路电压衰减（SCCD/OCVD） 357

7.4.4 光致发光衰减（PLD） 357

7.4.5 表面光电压（SPV） 358

7.4.6 稳态短路电流（SSSCC） 364

7.4.7 自由载流子吸收 366

7.4.8 电子束感应电流（EBIC） 368

7.5 复合寿命-电学测量 370

7.5.1 二极管电流-电压 370

7.5.2 反向恢复（RR） 372

7.5.3 开路电压衰减（OCVD） 374

7.5.4 脉冲MOS电容 376

7.5.5 其他方法 379

7.6 生成寿命—电气测量 379

7.6.1 栅控二极管 379

7.6.2 脉冲MOS电容 382

7.7 优点和缺点 389

附录7.1 光激发 390

附录7.2 电激励 396

参考文献 398

习题 407

复习题 412

第8章 迁移率 414

8.1 引言 414

8.2 电导迁移率 415

8.3 霍尔效应与迁移率 415

8.3.1 均一层或晶圆的基本方程 415

8.3.2 非均一层 420

8.3.3 多层 422

8.3.4 样品形状和测量电路 423

8.4 磁阻迁移率 427

8.5 飞行时间漂移迁移率 429

8.6 场效应MOS管的迁移率 435

8.6.1 有效迁移率 435

8.6.2 场效应迁移率 445

8.6.3 饱和迁移率 446

8.7 非接触迁移率 447

8.8 优点和缺点 447

附录8.1 半导体体迁移率 448

附录8.2 半导体表面迁移率 450

附录8.3 有效沟道频率响应 451

附录8.4 界面陷阱电荷的影响 452

参考文献 454

习题 460

复习题 466

第9章 基于电荷和探针的表征技术 467

9.1 引言 467

9.2 背景 468

9.3 表面电荷沉积 469

9.4 开尔文探针 470

9.5 应用 476

9.5.1 表面光电压（SPV） 476

9.5.2 载流子寿命 477

9.5.3 表面改性 479

9.5.4 近表面掺杂浓度 480

9.5.5 氧化层电荷 481

9.5.6 氧化层厚度和界面陷阱态密度 483

9.5.7 氧化层泄漏电流 484

9.6 扫描探针显微镜（SMP） 484

9.6.1 扫描隧道显微镜（STM） 485

9.6.2 原子力显微镜（AFM） 487

9.6.3 扫描电容显微镜（SCM） 489

9.6.4 扫描开尔文探针显微镜（SKPM） 491

9.6.5 扫描扩散电阻显微镜（SSRM） 494

9.6.6 弹道电子发射显微镜（BEEM） 495

9.7 优点和缺点 496

参考文献 497

习题 501

复习题 502

第10章 光学表征 503

10.1 引言 503

10.2 光学显微镜方法 504

10.2.1 分辨率、放大率、对比度 505

10.2.2 暗场、相差、干涉相衬显微镜 507

10.2.3 共焦光学显微镜 509

10.2.4 干涉显微镜 511

10.2.5 缺陷刻蚀 513

10.2.6 近场光学显微（NFOM） 515

10.3 椭圆偏振法 517

10.3.1 理论 517

10.3.2 零椭圆偏振法 519

10.3.3 旋转检偏器式椭圆偏振法 520

10.3.4 光谱椭圆偏振法（SE） 520

10.3.5 应用 521

10.4 透射法 522

10.4.1 理论 522

10.4.2 仪器 524

10.4.3 应用 527

10.5 反射 528

10.5.1 理论 528

10.5.2 应用 530

10.5.3 内反射红外光谱学 533

10.6 光散射 534

10.7 调制光谱学 536

10.8 线宽 536

10.8.1 光学-物理方法 536

10.8.2 电学方法 538

10.9 光致发光（PL） 539

10.10 拉曼光谱 543

10.11 优点和缺点 545

附录10.1 透射方程 545

附录10.2 几种半导体的吸收系数和折射率 547

参考文献 549

习题 556

复习题 560

第11章 化学和物理表征 561

11.1 引言 561

11.2 电子束技术 563

11.2.1 扫描电子显微镜（SEM） 563

11.2.2 俄歇电子能谱（AES） 567

11.2.3 电子探针（EMP） 572

11.2.4 透射电子显微镜（TEM） 578

11.2.5 电子束感应电流（EBIC） 581

11.2.6 阴极发光（CL） 583

11.2.7 低能和高能电子衍射（LEED） 584

11.3 离子束技术 584

11.3.1 二次离子质谱（SIMS） 585

11.3.2 卢瑟福背散射谱分析（RBS） 589

11.4 X射线和伽马射线技术 595

11.4.1 X射线荧光光谱（XRF） 595

11.4.2 X射线光电子能谱（XPS） 597

11.4.3 X-射线形貌术（XRT） 600

11.4.4 中子活化分析（NAA） 603

11.5 优点和缺点 604

附录11.1 一些分析技术的选择特点 605

参考文献 607

习题 614

复习题 615

第12章 可靠性和失效分析 617

12.1 引言 617

12.2 失效时间和加速因子 618

12.2.1 失效时间 618

12.2.2 加速因子 618

12.3 分布函数 620

12.4 可靠性相关 622

12.4.1 电迁移（EM） 622

12.4.2 热载流子 627

12.4.3 栅氧完整性 629

12.4.4 负偏压高温不稳定性（NBTI） 635

12.4.5 应力诱导漏电流（SILC） 636

12.4.6 静电放电（ESD）） 636

12.5 失效分析表征技术 638

12.5.1 静态漏电流（IDDQ） 638

12.5.2 机械探针 639

12.5.3 发射显微镜（EMMI） 640

12.5.4 荧光微热重分析（FMT） 642

12.5.5 红外热成像法（IRT） 642

12.5.6 电压衬度技术 642

12.5.7 激光电压探针技术（LVP） 643

12.5.8 液晶（LC） 643

12.5.9 光束诱导电阻变化（OBIRCH） 645

12.5.10 聚焦离子束（FIB） 646

12.5.11 噪声 646

12.6 优点和缺点 649

附录12.1 栅电流 650

参考文献 653

习题 660

复习题 662

附录1 符号表 664

附录2 术语与缩写 674

索引 680