美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院 (NIST) 的研究人員及其合作者設(shè)計(jì)并測試了一種新的、高度靈敏的檢測和計(jì)數(shù)晶體管缺陷的方法——這是半導(dǎo)體行業(yè)在為下一代開發(fā)新材料時(shí)迫切關(guān)注的問題。設(shè)備。這些缺陷會(huì)限制晶體管和電路的性能，并會(huì)影響產(chǎn)品的可靠性。
對(duì)于大多數(shù)用途，典型的晶體管基本上是一個(gè)開關(guān)。當(dāng)它打開時(shí)，電流從半導(dǎo)體的一側(cè)流向另一側(cè);關(guān)閉它會(huì)停止電流。這些動(dòng)作分別創(chuàng)建了數(shù)字信息的二進(jìn)制 1 和 0。
晶體管的性能關(guān)鍵取決于指定電流量的可靠程度。晶體管材料中的缺陷，例如不需要的“雜質(zhì)”區(qū)域或斷裂的化學(xué)鍵，會(huì)中斷和破壞流動(dòng)。這些缺陷可能會(huì)在設(shè)備運(yùn)行時(shí)立即顯現(xiàn)或在一段時(shí)間內(nèi)顯現(xiàn)出來。
多年來，科學(xué)家們已經(jīng)找到了多種方法來對(duì)這些影響進(jìn)行分類和最小化。
但隨著晶體管尺寸變得幾乎難以想象且開關(guān)速度非常高，缺陷變得更難識(shí)別。對(duì)于一些正在開發(fā)的有前途的半導(dǎo)體材料——例如碳化硅 (SiC) 而不是單獨(dú)用于新型高能、高溫設(shè)備的硅 (Si)——還沒有簡單直接的方法來詳細(xì)表征缺陷。
NIST 的 James Ashton 說：“我們開發(fā)的方法適用于傳統(tǒng)的 Si 和 SiC，這使我們第一次不僅可以通過簡單的直流測量來識(shí)別給定空間中的缺陷類型，還可以識(shí)別缺陷的數(shù)量。”與 NIST 和賓夕法尼亞州立大學(xué)的同事進(jìn)行的研究。他們于 10 月 6 日在《應(yīng)用物理學(xué)雜志》上發(fā)表了他們的結(jié)果。該研究側(cè)重于晶體管中兩種電荷載流子之間的相互作用：帶負(fù)電的電子和帶正電的“空穴”，即局部原子結(jié)構(gòu)中缺少電子的空間。
當(dāng)晶體管正常工作時(shí)，特定的電子電流會(huì)沿著所需的路徑流動(dòng)。(空穴也可以形成電流。這項(xiàng)研究探索了電子電流，這是最常見的排列方式。)如果電流遇到缺陷，電子會(huì)被捕獲或移位，然后可以與空穴結(jié)合形成電中性區(qū)域，這個(gè)過程稱為重組。
每次復(fù)合都會(huì)從電流中移除一個(gè)電子。多種缺陷會(huì)導(dǎo)致電流損失，從而導(dǎo)致故障。目標(biāo)是確定缺陷的位置、它們的具體影響，以及理想情況下的缺陷數(shù)量。
“我們希望為制造商提供一種在測試不同新材料時(shí)識(shí)別和量化缺陷的方法，”NIST 的合著者 Jason Ryan 說。“我們通過創(chuàng)建一個(gè)缺陷檢測技術(shù)的物理模型來做到這一點(diǎn)，該技術(shù)已被廣泛使用，但直到現(xiàn)在還知之甚少。然后我們進(jìn)行了原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了我們的模型。”
在經(jīng)典的金屬氧化物半導(dǎo)體設(shè)計(jì)中(見圖)，稱為柵極的金屬電極放置在薄絕緣二氧化硅層的頂部。在該界面下方是半導(dǎo)體的塊體。
標(biāo)簽：
免責(zé)聲明：本文由用戶上傳，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系刪除！