半导体材料第六章新
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阻又叫集中电阻或扩展电阻。
0.5mm
探针形状及尺寸
半导体材料第辐六章射新状电流示意图
RR R
s
S0
b0
R KR s
S0K
4
半导体材料第六章新
非接触法
常用于在线测量电阻 线圈磁场感应使导体中产生涡旋电流。给两个间隔几
毫米的传感器（铁芯线圈）加上几MHz的高频电流, 当晶片插入传感器的中间，通过高频电感的耦合，在 晶片内产生涡流。 涡旋电流正比电导率和厚度，反比方块电阻。 线圈产生的磁场就会被导体电涡流产生的磁场部分抵 消，使线圈的电感量、阻抗和品质因数发生变化。
光学性能：薄膜材料的折射率，吸收系数，光电导
特性，发光特性等 工业生产中，一般检测的参数有：晶向，位错密
度，氧碳含量，导电类型，电阻率，少子寿命等
半导体材料第六章新
1、 定向：
光学定向法； X光定向法
2、缺陷：
金相观察法（与半导体专业基础实验相同） 扫描电子显微镜（SEM） 透射电子显微镜（TEM） 原子力显微镜（AFM） X射线形貌技术
半导体材料第六章新
扩展电阻，金属探针与均匀半导体形成压力接触且半 导体的线度相对于探针和半导体的接触半径而言可视为穷 大，若有电流从探针流入半导体，则电流在接触点集中， 而在半导体中沿方向呈辐射状。此时探针止半导体底端的 电阻可由微分电阻累加而得。
R
S = 2 r 0
整个电阻主要集中在探针接触点附近，因而这个电
半导体材料第六章新
光学显微镜的分辨率：
r0 2
光学显微镜的最大分辨率：0.2μm；人眼的 分辨本领是大约0.2mm；故光学显微镜的放 大倍数一般最高在1000~1500倍。
欲提高分辨率，只有降低光源的波长。
半导体材料第六章新
半导体材料第六章新
扫描电子显微术
放大倍数：10——50万倍； 分辨率：3nm—10nm； 应用：表面形貌，材料断口，腐蚀坑的形状；工艺缺陷；生
半导体材料第六章新
电子和物质的相互作用
半导体材料第六章新
背散射电子：被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子；
二次电子：被入射电子轰击出来的核外电子；
吸收电子：进入样品的入射电子，经多次非弹性散射，能量损失殆
尽，被样品吸收的电子。
透射电子；入射束的电子透过样品而得到的电子。它仅仅取决于样
对于绝缘体或导电性差的材料来说，则需要预先在 分析表面上蒸镀一层厚度约10～20 nm的导电层。否 则，在电子束照射到该样品上时，会形成电子堆积， 阻挡入射电子束进入和样品内电子射出样品表面。导 电层一般是二次电子发射系数比较高的金、银、碳和 铝等真空蒸镀层。
品微区的成分、厚度、晶体结构及位向等。样品质量厚度越大，则透 射系数越小，而吸收系数越大；样品背散射系数和二次电子发射系数 的和也越大。
特征X射线：原子的内层电子受到激发后，在能级跃迁过程中直接释
放的具有特征能量和波长的电磁辐射；
俄歇电子：原子内层电子跃迁过程中释放的能量，不以X射线的形式
释放，而是使用该能量将核外另一电子打出成二次电子，该二次电子 称为俄歇电子。
这些物理信号的强度随样品表面特征而变。它们分别被相应的 收集器接受，经放大器按顺序、成比例地放大后，送到显像管。
供给电子光学系统使电子束偏向的扫描线圈的电源也是供给阴 极射线显像管的扫描线圈的电源，此电源发出的锯齿波信号同 时控制两束电子束作同步扫描。
样品上电子束的位置与显像管荧光屏上电子束的位置是一一对 应。这样，在荧光屏上就可显示样品表面起伏的二维图像。
长条纹；复合中心。配置各种附件，做表面成份分析。
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SEM的成像原理
扫描电镜的成像原理，象闭路电视系统那样，用电子束在样品 表面逐点逐行扫描成像。
由三极电子枪发射出来的电子束，在加速电压作用下，经过2-3 个电子透镜聚焦后，在样品表面按顺序逐行进行扫描，激发样 品产生各种物理信号，如二次电子、背Байду номын сангаас射电子、吸收电子、 X射线、俄歇电子等。
半导体材料第六章新
半导体材料第六章新
半导体材料第六章新
半导体材料第六章新
2、导电类型
冷热探针法 三探针法 单探针点接触整流法
半导体材料第六章新
半导体材料第六章新
半导体材料第六章新
半导体材料第六章新
半导体材料第六章新
检流计左偏为N型，右偏为P型 半导体材料第六章新
XRD、XPS、SEM等现代测试技术简介
半导体材料第六章新
4、导电性能
1）电阻率
四探针法 三探针法 非接触法 扩展电阻法
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三探针法（击穿电压法）
应用：测试n/n+或p/p+外延层电阻率 原理：金属-半导体接触具有类似于突变pn
结的特性，pn结雪崩击穿电压与材料电阻率 ρ之间存在经验关系UB=Aρn。若测出肖特基 结的击穿电压则可求出材料的电阻率。
第六章 半导体材料的测试分析
半导体材料第六章新
半导体单晶材料性能的评价
晶体的结构完整性：晶向，晶格缺陷（位错密度）
识别、密度、分布；络合物的特征，
组分分析：材料的化学成分及配比，掺杂原子性质、
浓度及其分布，氧碳含量，重金属杂质等
导电性能：导电类型，电阻率，少子寿命、迁移率、
扩散长度、表面复合速度等
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3、组分分析
1）掺杂浓度分析
霍尔测量 C-V测量 二次离子质谱仪（Secondary Ion Mass Spectrometry）
2）氧碳含量
红外吸收光谱技术
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3）重金属等痕量杂质分析
俄歇电子能谱技术（AES） X光发射谱（XES） X光电子发射谱（XPS） 中子活化分析（NAA） 质谱分析 原子吸收光谱技术
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扫描电镜系统组成
(1) 电子光学系统（镜筒） (2) (3) 信号收集系统 (4) 图像显示和记录系统 (5) (6) 电源系统
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SEM样品制备
SEM 固体材料样品制备方便，只要样品尺寸适 合，就可以直接放到仪器中去观察。样品直径和厚度 一般从几毫米至几厘米，视样品的性质和电镜的样品 室空间而定。
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扩展电阻测量
用于测量侧向电阻率变化 测量范围宽(1012–1021 cm−3),分辨率高(30nm以内 ) 测量过程标准化:样品制备，探针准备，测量过程，数据收集，校准。
半导体材料第六章新
原理
探针的直径通常为0.5mm左右，针尖的曲率半径r0为20um。 探针间距20-100um，步距数百Å。
0.5mm
探针形状及尺寸
半导体材料第辐六章射新状电流示意图
RR R
s
S0
b0
R KR s
S0K
4
半导体材料第六章新
非接触法
常用于在线测量电阻 线圈磁场感应使导体中产生涡旋电流。给两个间隔几
毫米的传感器（铁芯线圈）加上几MHz的高频电流, 当晶片插入传感器的中间，通过高频电感的耦合，在 晶片内产生涡流。 涡旋电流正比电导率和厚度，反比方块电阻。 线圈产生的磁场就会被导体电涡流产生的磁场部分抵 消，使线圈的电感量、阻抗和品质因数发生变化。
光学性能：薄膜材料的折射率，吸收系数，光电导
特性，发光特性等 工业生产中，一般检测的参数有：晶向，位错密
度，氧碳含量，导电类型，电阻率，少子寿命等
半导体材料第六章新
1、 定向：
光学定向法； X光定向法
2、缺陷：
金相观察法（与半导体专业基础实验相同） 扫描电子显微镜（SEM） 透射电子显微镜（TEM） 原子力显微镜（AFM） X射线形貌技术
半导体材料第六章新
扩展电阻，金属探针与均匀半导体形成压力接触且半 导体的线度相对于探针和半导体的接触半径而言可视为穷 大，若有电流从探针流入半导体，则电流在接触点集中， 而在半导体中沿方向呈辐射状。此时探针止半导体底端的 电阻可由微分电阻累加而得。
R
S = 2 r 0
整个电阻主要集中在探针接触点附近，因而这个电
半导体材料第六章新
光学显微镜的分辨率：
r0 2
光学显微镜的最大分辨率：0.2μm；人眼的 分辨本领是大约0.2mm；故光学显微镜的放 大倍数一般最高在1000~1500倍。
欲提高分辨率，只有降低光源的波长。
半导体材料第六章新
半导体材料第六章新
扫描电子显微术
放大倍数：10——50万倍； 分辨率：3nm—10nm； 应用：表面形貌，材料断口，腐蚀坑的形状；工艺缺陷；生
半导体材料第六章新
电子和物质的相互作用
半导体材料第六章新
背散射电子：被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子；
二次电子：被入射电子轰击出来的核外电子；
吸收电子：进入样品的入射电子，经多次非弹性散射，能量损失殆
尽，被样品吸收的电子。
透射电子；入射束的电子透过样品而得到的电子。它仅仅取决于样
对于绝缘体或导电性差的材料来说，则需要预先在 分析表面上蒸镀一层厚度约10～20 nm的导电层。否 则，在电子束照射到该样品上时，会形成电子堆积， 阻挡入射电子束进入和样品内电子射出样品表面。导 电层一般是二次电子发射系数比较高的金、银、碳和 铝等真空蒸镀层。
品微区的成分、厚度、晶体结构及位向等。样品质量厚度越大，则透 射系数越小，而吸收系数越大；样品背散射系数和二次电子发射系数 的和也越大。
特征X射线：原子的内层电子受到激发后，在能级跃迁过程中直接释
放的具有特征能量和波长的电磁辐射；
俄歇电子：原子内层电子跃迁过程中释放的能量，不以X射线的形式
释放，而是使用该能量将核外另一电子打出成二次电子，该二次电子 称为俄歇电子。
这些物理信号的强度随样品表面特征而变。它们分别被相应的 收集器接受，经放大器按顺序、成比例地放大后，送到显像管。
供给电子光学系统使电子束偏向的扫描线圈的电源也是供给阴 极射线显像管的扫描线圈的电源，此电源发出的锯齿波信号同 时控制两束电子束作同步扫描。
样品上电子束的位置与显像管荧光屏上电子束的位置是一一对 应。这样，在荧光屏上就可显示样品表面起伏的二维图像。
长条纹；复合中心。配置各种附件，做表面成份分析。
半导体材料第六章新
SEM的成像原理
扫描电镜的成像原理，象闭路电视系统那样，用电子束在样品 表面逐点逐行扫描成像。
由三极电子枪发射出来的电子束，在加速电压作用下，经过2-3 个电子透镜聚焦后，在样品表面按顺序逐行进行扫描，激发样 品产生各种物理信号，如二次电子、背Байду номын сангаас射电子、吸收电子、 X射线、俄歇电子等。
半导体材料第六章新
半导体材料第六章新
半导体材料第六章新
半导体材料第六章新
2、导电类型
冷热探针法 三探针法 单探针点接触整流法
半导体材料第六章新
半导体材料第六章新
半导体材料第六章新
半导体材料第六章新
半导体材料第六章新
检流计左偏为N型，右偏为P型 半导体材料第六章新
XRD、XPS、SEM等现代测试技术简介
半导体材料第六章新
4、导电性能
1）电阻率
四探针法 三探针法 非接触法 扩展电阻法
半导体材料第六章新
三探针法（击穿电压法）
应用：测试n/n+或p/p+外延层电阻率 原理：金属-半导体接触具有类似于突变pn
结的特性，pn结雪崩击穿电压与材料电阻率 ρ之间存在经验关系UB=Aρn。若测出肖特基 结的击穿电压则可求出材料的电阻率。
第六章 半导体材料的测试分析
半导体材料第六章新
半导体单晶材料性能的评价
晶体的结构完整性：晶向，晶格缺陷（位错密度）
识别、密度、分布；络合物的特征，
组分分析：材料的化学成分及配比，掺杂原子性质、
浓度及其分布，氧碳含量，重金属杂质等
导电性能：导电类型，电阻率，少子寿命、迁移率、
扩散长度、表面复合速度等
半导体材料第六章新
3、组分分析
1）掺杂浓度分析
霍尔测量 C-V测量 二次离子质谱仪（Secondary Ion Mass Spectrometry）
2）氧碳含量
红外吸收光谱技术
半导体材料第六章新
3）重金属等痕量杂质分析
俄歇电子能谱技术（AES） X光发射谱（XES） X光电子发射谱（XPS） 中子活化分析（NAA） 质谱分析 原子吸收光谱技术
半导体材料第六章新
扫描电镜系统组成
(1) 电子光学系统（镜筒） (2) (3) 信号收集系统 (4) 图像显示和记录系统 (5) (6) 电源系统
半导体材料第六章新
SEM样品制备
SEM 固体材料样品制备方便，只要样品尺寸适 合，就可以直接放到仪器中去观察。样品直径和厚度 一般从几毫米至几厘米，视样品的性质和电镜的样品 室空间而定。
半导体材料第六章新
半导体材料第六章新
扩展电阻测量
用于测量侧向电阻率变化 测量范围宽(1012–1021 cm−3),分辨率高(30nm以内 ) 测量过程标准化:样品制备，探针准备，测量过程，数据收集，校准。
半导体材料第六章新
原理
探针的直径通常为0.5mm左右，针尖的曲率半径r0为20um。 探针间距20-100um，步距数百Å。