Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Perfil de resistencia de propagación

El perfil de resistencia de propagación (SRP), también conocido como análisis de resistencia de propagación (SRA), es una técnica utilizada para analizar la resistividad en func...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

El perfil de resistencia de propagación (SRP), también conocido como análisis de resistencia de propagación (SRA), es una técnica utilizada para analizar la resistividad en función de la profundidad en semiconductores . Los dispositivos semiconductores dependen de la distribución de portadores ( electrones o huecos ) dentro de sus estructuras para proporcionar el rendimiento deseado. La concentración de portadores (que puede variar hasta en diez órdenes de magnitud ) se puede inferir a partir del perfil de resistividad proporcionado por SRP.

Historia

La relación fundamental suele atribuirse a James Clerk Maxwell (1831-1879). En 1962, Robert Mazur (patente estadounidense 3.628.137) y Dickey [1] desarrollaron un sistema práctico de dos sondas utilizando un par de agujas de osmio con peso .

En 1970, se fundó Solid State Measurements para fabricar herramientas de creación de perfiles de resistencia de propagación y en 1974, se fundó Solecon Labs para proporcionar servicios de creación de perfiles de resistencia de propagación. En 1980, Dickey desarrolló un método práctico para determinar el tipo p o n utilizando la herramienta de resistencia de propagación. Las mejoras han continuado, pero se han visto desafiadas por las dimensiones cada vez más reducidas de los dispositivos digitales de última generación. Para estructuras poco profundas (<1 um de profundidad), la reducción de datos es compleja. Algunos de los contribuyentes a la reducción de datos son Dickey, [2] [3] Schumann y Gardner, [4] Choo et al. , [5] Berkowitz y Lux, [6] Evans y Donovan, [7] Peissens et al. , [8] Hu, [9] Albers, [10] y Casel y Jorke. [11]

Teoría del funcionamiento

Si se aplica un voltaje entre dos puntas de sonda que proporcionan contacto eléctrico a una losa infinita, la resistencia encontrada dentro de la losa es , donde: R = ρ 2 a {\displaystyle R{=}{\frac {\rho }{2a}}}

  • R {\estilo de visualización R} es la resistencia medida en ohmios,
  • ρ {\estilo de visualización \rho} (rho) es la resistividad de la losa en ohm-cm, y
  • a {\estilo de visualización a} es el radio del área de contacto en cm.

La mayor parte de la resistencia se produce muy cerca del contacto eléctrico [12], lo que permite determinar la resistividad local. Las sondas producen una resistencia insignificante de la sonda al silicio ( contacto casi óhmico ) en todo el rango de resistividad tanto para el tipo p como para el tipo n (ricos en huecos y ricos en electrones respectivamente). Manteniendo la resistencia del cableado y la resistencia de propagación dentro de las puntas de la sonda al mínimo, la resistencia medida es casi exclusivamente de para muestras de silicio de al menos un espesor. Con la ayuda de estándares de resistividad de calibración, se puede determinar en cada sondaje mediante el par de sondas. R = ρ 2 a {\displaystyle R{=}{\frac {\rho }{2a}}} 2 a {\estilo de visualización 2a} ρ {\estilo de visualización \rho}

Instrumentación

Se aplica una polarización de 5 mV a través de las puntas de la sonda. La resistencia medida puede variar de 1 ohmio a mil millones de ohmios. Se utiliza un amplificador o electrómetro "log R" para medir la resistencia.

Mecánico

Figura 1. Ilustración del sondeo de una pieza biselada de silicio. (Normalmente se realizan entre 60 y 100 mediciones o más).

El SRP moderno tiene dos puntas de sonda de carburo de tungsteno colocadas a una distancia de aproximadamente 20 um. Cada punta está montada sobre un cojinete cinemático para minimizar el "frotamiento" (donde las sondas rayan la superficie). Las sondas se bajan muy suavemente sobre una pieza biselada de silicio o germanio. Aunque la carga de las puntas de la sonda puede ser tan pequeña como 2 g, la presión es superior a un millón de libras por pulgada cuadrada (o ~ 10 G pascales) causando una transformación de fase localizada en el silicio a "beta-estaño" produciendo un contacto casi óhmico . [13] Entre cada medición, las sondas se elevan e indexan una distancia predeterminada hacia abajo del bisel. Los biseles se producen montando la muestra en un bloque angular y puliendo el bisel con una pasta de diamante de 0,1 o 0,05 micrómetros. Los ángulos de bisel, elegidos para adaptarse a la profundidad de interés, pueden variar de ~ 0,001 a 0,2 radianes. Se debe tener cuidado para producir un bisel liso y plano con un redondeo mínimo del borde del bisel. (Ver Figura 1).

Límites de detección

El rango del instrumento suele ser de un ohmio a mil millones de ohmios, lo que es adecuado para todo el rango de resistividad en silicio monocristalino.

Calibración

El NIST ha elaborado estándares de calibración . Se ha elaborado un conjunto de 16 estándares que van desde aproximadamente 0,0006 ohm-cm hasta 200 ohm-cm tanto para el tipo n como para el tipo p y para las orientaciones de cristal (100) y (111). Para una resistividad alta (superior a 200 ohm-cm y quizás superior a 40 000 ohm-cm), el valor de resistividad debe extrapolarse a partir de la curva de calibración.

Aplicaciones

La herramienta se utiliza principalmente para determinar estructuras dopantes en semiconductores de silicio. Los perfiles profundos y superficiales se muestran en la Figura 2.

Figura 2. Perfil superficial a la izquierda, perfil profundo a la derecha. La concentración de portadores se representa gráficamente en función de la profundidad. Las regiones con una concentración neta de electrones se indican como "n" (o tipo n). Las regiones con una concentración neta de huecos se indican como "p".

Procesos alternativos

La espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS) también es muy útil para la elaboración de perfiles de dopantes. La SIMS puede proporcionar la concentración atómica a lo largo de tres décadas o, en algunos casos, cuatro décadas de rango dinámico. La SRP puede determinar la concentración de portadores (dopante eléctricamente activo) en más de ocho o nueve décadas de rango dinámico. A menudo, las técnicas son complementarias, aunque a veces competitivas. El equipo para SIMS tiende a ser considerablemente más caro de fabricar y operar. Si bien la resistencia de propagación se limita al silicio, al germanio y a algunos otros semiconductores, la SIMS puede perfilar la concentración atómica de casi cualquier cosa en cualquier cosa. La SIMS tiene una mayor resolución espacial útil para perfiles ultra superficiales (< 0,1 micrómetros), pero la SRP es más conveniente para estructuras más profundas.

Referencias

  1. ^ DH Dickey, The Electrochem. Soc., Electron. Div. Ext. Abstr. 12 , 151 (1963)
  2. ^ DH Dickey y JR Ehrstein, Publicación especial del NBS 400-48, (1979)
  3. ^ DH Dickey, reunión del subcomité F1.06 de ASTM, Denver, junio de 1984
  4. ^ PA Schumann y EE Gardner, J. Electrochem. Soc. 116 , 87 (1969)
  5. ^ SC Choo, MS Leong y KL Hong, L. Li y LS Tan, Electrónica de estado sólido, 21 , 796 (1978)
  6. ^ HL Berkowitz y RA Lux, J. Electrochem Soc. 128 , 1137 (1981)
  7. ^ RA Evans y RP Donovan, Solid St. Electron. 10 , 155 (1967)
  8. ^ R. Peissens, WB Vandervorst y HE Maes, J. Electrochemical Soc. 130 , 468 (1983).
  9. ^ SM Hu, Revista de Física Aplicada 53 , 1499 (1982)
  10. ^ JH Albers, Tecnología de semiconductores emergentes , ASTM ATP 960, DC Gupta y PH Langer, Eds., Am. Soc. para pruebas y materiales (1986).
  11. ^ A. Casel y H. Jorke, Appl. Phys. Lett., 50 , 989 (1987)
  12. ^ R. Holm, Contactos eléctricos , Almquist y Wiksels, Upsalla (1946)
  13. ^ JC Jamieson, Estructuras cristalinas a altas presiones de modificación metálica de silicio y germanio , Science, 139 (1963)

Bibliografía

RG Mazur y DH Dickey, Una técnica de resistencia de propagación para mediciones de resistividad en silicio , J. Electrochem. Soc., 113 , 255 (1966)

DH Dickey, Historia y estado del problema de reducción de datos en SRA , Actas de la Tercera Conferencia Internacional sobre Tecnología de Circuitos Integrados y de Estado Sólido, Ellwanger et al. , Eds., Editorial de la Industria Electrónica

MW Denhoff, Un cálculo preciso de la resistencia de propagación , Journal of Physics D: Applied Physics, Volumen 39, Número 9

  • Perfiles de resistencia a la propagación
  • Semilaboratorio
  • Laboratorios Solecon
  • Tutorial sobre el proceso SRA
  • Notas técnicas adicionales
  • Un cálculo preciso de la resistencia de propagación
Obtenido de "https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Perfiles_de_resistencia_a_la_difusión&oldid=1214386900"