Il microscopio elettronico a scansione

Il microscopio elettronico a
scansione
La tecnica EBIC
La tecnica EBIC
La tecnica EBIC (Electron Beam Induced
Current)
sfrutta
il
fenomeno
della
conducibilità indotta dovuta alla formazione di
coppie
elettrone-lacuna
che
vengono
separate da un campo elettrico
La tecnica EBIC
Il fenomeno è facilmente spiegabile fisicamente:
Il fascio elettronico investe il semiconduttore generando
coppie elettrone-lacuna.
I portatori minoritari diffondono in una zona uniforme e
percorrono in media una distanza pari alla lunghezza di
diffusione e quindi si ricombinano.
Se i minoritari sul loro percorso trovano la regione di
svuotamento di una giunzione P-N, verranno separati dal
campo elettrico esistente in tale regione.
Si formerà una corrente che può essere raccolta, elaborata
e inviata al monitor (CRT o PC)
Fenomeno della conducibilità
indotta
• Generazione di coppie elettrone-lacuna
• Diffusione dei minoritari per una distanza
pari alla lunghezza di diffusione
• 2 possibilità
a) Ricombinazione
b) Separazione di cariche se nel percorso
trovano la regione di svuotamento di una
giunzione P-N o Schottky
Una volta chiuso il circuito con un Amperometro si ha quindi
la formazione di una corrente, la cui intensità dipende dalle
caratteristiche della regione di svuotamento come il
drogaggio, l’estensione, la cristallinità e la posizione.
e-beam
Contatto p
p
n
Contatto n
Regione di
svuotamento
A
Zona neutra p
Zona neutra n
Regione svuotata
Nd-Na
Nd
+
-Xp
Xn
-
-Na
w
Emax
Il campo elettrico è massimo dove si forma la giunzione
Per maggior chiarezza
La corrente EBIC è
dovuta
alle
coppie
elettrone-lacuna
generate
dal
fascio
elettronico nella regione
di svuotamento e dai
portatori
minoritari
generati al di fuori della
stessa regione ma entro
la
lunghezza
di
diffusione.
Ricombinazione
con i maggioritari
(elettroni)
Assenza di
ricombinazione
n
Ricombinazione
con i maggioritari
(lacune)
p
Regione
svuotata
Ec
Ef
Ev
EBIC
Ln
Lp
Questo segnale è tanto più intenso quanto maggiore è la
frazione del volume di generazione che interseca la regione
di svuotamento.
E1
x
z
n
w
p
E2
E3
I1
x
I2
z
p
w
n
x
Ib
z
Metallo
w
p
La corrente Icc generata dal moto opposto di
elettroni e lacune e raccolta dall’Amperometro,
viene
inviata
ad
un
convertitore
Corrente/Tensione e trasformata in un segnale in
tensione in grado di pilotare il fascio elettronico di
un fototubo.
In questo modo l’informazione data dalla corrente
viene trasformata in immagine.
I processi di collezione di carica sono basati
fondamentalmente su tre meccanismi
Creazione di coppie elettroni-lacune
Diffusione di portatori verso le giunzioni
Collezione vera e propria
Ogni fattore che influenza o altera uno di questi tre
meccanismi può produrre contrasto e modificazioni
nelle immagini EBIC.
A seconda della geometria delle giunzioni e dalla
presenza o meno di difetti, gli effetti sulle immagini
saranno differenti.
Come si formano le immagini EBIC
Il contrasto nelle immagini EBIC è originato da processi di
collezione di carica e dai modi in cui questi processi possono
variare spazialmente lungo il campione.
Le immagini EBIC di un campione contenente le giunzioni
vengono ottenute pilotando la scansione di un tubo a raggi
catodici con il segnale EBIC convertito in tensione.
Le regioni di svuotamento di giunzioni superficiali dove la
corrente EBIC è massima, saranno di più facile visualizzazione
ed appariranno come regioni bianche su sfondo nero.
Confronto immagini
Secondari
EBIC
Attraverso questo tipo di analisi si possono studiare
le giunzioni P-N e Schottky presenti nei dispositivi
a semiconduttore come i laser, i diodi e i transistor
e se ne possono studiare gli eventuali difetti.
Applicazioni mirate all’analisi
affidabilistica
•
•
•
•
•
•
Localizzazione e delineazione delle giunzioni
Rivelazione di CC
Fenomeni di moltiplicazione di corrente
Studio di difetti cristallografici
Misura della larghezza di canale del MOS
Misura della lunghezza di diffusione
Problemi e limitazioni della
tecnica
Principalmente dovuti agli amplificatori
presenti attualmente in commercio.
Essi hanno:
• Buon fattore di amplificazione (108V\A)
• Bassa risposta in frequenza
• Alta generazione di rumore
Problemi
La corrente EBIC è molto piccola tra (1nA e 1μA)
Necessità di amplificatori con alto G (108)
Alti G, bassa risposta in frequenza
Difficoltà di avere il segnale a frequenza televisiva
Si è costretti a lavorare a scansione lenta per non
perdere informazioni importanti sulla giunzione
Profilo della corrente di giunzione
per una linea di scansione
Velocità di scansione di riga 512ms
Profilo della corrente di giunzione
per una linea di scansione
Velocità di scansione di riga=8ms
Velocità di scansione di riga=2ms
Alcuni esempi: Laser
Laser
Secondary electrons
e-beam
EBIC
ù
Laser 2
La corrosione ha generato un diodo parassita che ha fatto
perdere potenza al laser
Laser 3
L’ EBIC ha evidenziato
la crescita di strutture
anomale negli strati
epitassiali dell’ p-InP
Dispositivo vergine
Dispositivo
degradato
LED
L’Ebic evidenzia centri di
ricombinazione nella regione attiva