电化学CV测试

半导体薄膜制备与分析技术ch３-４ＥＣＶ主讲：郭伟玲1108:3208:32电化学电化学CVCV测试测试((ECV)ECV)ElectrochemicalC-V半导体薄膜制备与分析技术ch３-４ＥＣＶ主讲：郭伟玲2208:3208:32TheoryofaSchottkyBarrierEv+++++EEcVbVbElectrolyteElectrolyteSemiconductorSemiconductorWdr-free&relativepermittivityΦ-PotentialbarrierheightV-AppliedpotentialWVqNdr2012CAqNVr0122WACdr0NqACdCdVr1023.C-CapacitanceA-Areaofsampleq-ChargeofanelectronN-CarrierConcentration半导体薄膜制备与分析技术ch３-４ＥＣＶ主讲：郭伟玲3308:3208:32一、电化学一、电化学CVCV原理原理1.1.电化学电化学CC--VV（（ECVECV）技术：）技术：包括电化学腐蚀与电解液包括电化学腐蚀与电解液//半导半导体结体结[L(E)/S[L(E)/S结结]]特性测试两部分内容。在测试分布时，电化特性测试两部分内容。在测试分布时，电化学腐蚀与测试是交替进行的。学腐蚀与测试是交替进行的。2.2.半导体电化学腐蚀半导体电化学腐蚀是根据电化学中阳极氧化及电解原理。是根据电化学中阳极氧化及电解原理。我们知道，固体物质在液体中消溶有两种方法：一种为不加我们知道，固体物质在液体中消溶有两种方法：一种为不加外电场的情况下，利用液体和固体物质之间的化学反应，使外电场的情况下，利用液体和固体物质之间的化学反应，使固体逐渐腐蚀的方法。该方法一般称湿发腐蚀；另一种为把固体逐渐腐蚀的方法。该方法一般称湿发腐蚀；另一种为把固体物质置于电解液中，外加直流电压，电压正端接要被腐固体物质置于电解液中，外加直流电压，电压正端接要被腐蚀的固体物质，负端接一不被溶解且导电的电极。通电后，蚀的固体物质，负端接一不被溶解且导电的电极。通电后，阳极物质在电场和电解液的作用下逐渐被氧化，腐蚀的方法阳极物质在电场和电解液的作用下逐渐被氧化，腐蚀的方法。这种方法称电化学腐蚀。。这种方法称电化学腐蚀。与湿发腐蚀相比，电化学腐蚀的与湿发腐蚀相比，电化学腐蚀的优点是可以精确的控制固体物质除去的深度，且与优点是可以精确的控制固体物质除去的深度，且与L(E)/SL(E)/S结结测试兼容。测试兼容。半导体薄膜制备与分析技术ch３-４ＥＣＶ主讲：郭伟玲4408:3208:32••电解液电解液//半导体结（半导体结（L(E)/SL(E)/S结）特性测试是基结）特性测试是基于肖特基结（又称于肖特基结（又称M/SM/S结）电容效应，结）电容效应，L(E)/SL(E)/S结可以看作结可以看作M/SM/S结，只不过这里把金属看成结，只不过这里把金属看成电解液电解液L(E)L(E)。从导电性能和半导体结面层中。从导电性能和半导体结面层中形成接触势垒来看，形成接触势垒来看，L(E)/SL(E)/S和和M/SM/S是一样的，是一样的，这样，这样，L(E)/SL(E)/S结在下列假设条件下：结在下列假设条件下：在电解液、半导体界面上不存在界面态；在电解液、半导体界面上不存在界面态；L(E)/SL(E)/S结可做突变结近似，且认为半导体界面层结可做突变结近似，且认为半导体界面层势垒区为载流子耗尽区；势垒区为载流子耗尽区；半导体中横向平面内掺杂均匀。半导体中横向平面内掺杂均匀。半导体薄膜制备与分析技术ch３-４ＥＣＶ主讲：郭伟玲5508:3208:32CellConfigurationCellConfiguration––SchematicSchematic化学池结构图化学池结构图半导体薄膜制备与分析技术ch３-４ＥＣＶ主讲：郭伟玲6608:3208:32ECVECV的等效电路图。的等效电路图。半导体薄膜制备与分析技术ch３-４ＥＣＶ主讲：郭伟玲7708:3208:32SiSiSiAASiASiSiASiSiSiSiSiA-----+++++Depletionzone-ve+veSemiconductor/ElectrolyteSmallleakagecurrentP-typesemiconductorReverseBiasa)SiSiSiDDSiDSiSiDSiSiSiSiSiD+++++Depletionzone+ve-veSemiconductor/ElectrolyteSmallleakagecurrentN-typesemiconductorReverseBiasb)-----.4+SiSiSiAASiASiSiASiSiSiSiSiA-----+ve-veSemiconductor/ElectrolyteP-typesemiconductorForwardBiasa)SiSiSiDDSiDSiSiDSiSiSiSiSiD+++++Depletionzone+ve-veSemiconductor/ElectrolyteN-typesemiconductorReverseBiaswithilluminationb)-----EtchingcurrentSi4+EtchingcurrentSiElectrochemicalProfilingElectrochemicalProfilingorrodSiSiSiSiHHdVdCCAeNCAW4222322221.1半导体薄膜制备与分析技术ch３-４ＥＣＶ主讲：郭伟玲8808:3208:32SiSiSiAASiASiSiASiSiSiSiSiA-----+ve-veSemiconductor/ElectrolyteP-typesemiconductorForwardBiasa)SiSiSiDDSiDSiSiDSiSiSiSiSiD+++++Depletionzone+ve-veSemiconductor/ElectrolyteN-typesemiconductorReverseBiaswithilluminationb)-----EtchingcurrentSi4+EtchingcurrentSi4+Dissolutionofn-typeandp-typesamples•Dissolution(etching)ofsemiconductormaterialsdependsonthepresenceofholes•p-typematerialsholesareplentifulanddissolutionisreadilyachievedbyforwardbiasingthesemiconductor/electrolytejunction•n-typematerials,inwhichelectronsarethemajoritychargecarriers,holeshavetobecreatedfordissolutiontotakeplacehEcg半导体薄膜制备与分析技术ch３-４ＥＣＶ主讲：郭伟玲9908:3208:32测量方法测量方法1.ObtainanI/Vplot,fromwhichitispossibletoderivethebiasvoltagerangeforcapacitancemeasurement2.UsingthebiasvoltagerangederivedfromtheI/Vplot,obtainaC/Vplot,andusethistoderivethemeasurementpotentialrequiredtocreateetchingconditions3.Measurethedepletionprofile4.Usinginformationobtainedabove,performtheetchprofile半导体薄膜制备与分析技术ch３-４ＥＣＶ主讲：郭伟玲101008:3208:32DarkI-VcurveIlluminatedI-VcurveIVcurveofn-typeGaAs(-4E17)withTironDarkI-VcurveIlluminatedI-VcurveIVcurveofp-typeGaAs(4E17)withTiroetcheddepthWrtrIdtazFMW0PROFILEDDEPTH=Wr+WdWACdr0chargecarrierdensityNattheedgeofthedepletionlayerNqACdCdVr1023./nn型型和和pp型材料的型材料的II--VV特性特性半导体薄膜制备与分析技术ch３-４ＥＣＶ主讲：郭伟玲111108:3208:32C-Vcurve1/Ccurve2DissipationcurveCVplotofp-typeGaAswithTiron测量结果测量结果半导体薄膜制备与分析技术ch３-４ＥＣＶ主讲：郭伟玲121208:3208:321/Ccurve2C-VcurveDissipationcurveCVplotofn-typeGaAswithTiron测量结果测量结果半导体薄膜制备与分析技术ch３-４ＥＣＶ主讲：郭伟玲131308:3208:32二、二、ECVProECVPro技术简介技术简介••11．．ECVProECVPro技术融合了全新的数字电子技术技术融合了全新的数字电子技术，可以产生数字波形，信号处理方法可以精，可以产生数字波形，信号处理方法可以精确控制漂移波形的产生，这对样品的精确可确控制漂移波形的产生，这对样品的精确可重复测量很重要。内建校准电阻可以测量电重复测量很重要。内建校准电阻可以测量电路阻抗。路阻抗。••ECVProECVPro模型的等效电路只有在串联电阻或并模型的等效电路只有在串联电阻或并联电导等于零时才能成立。但是在一般情况联电导等于零时才能成立。但是在一般情况下，并不能保证上述情况成立。这样就引出下，并不能保证上述情况成立。这样就引出了耗散系数了耗散系数DD，，耗散系数耗散系数DD就是等效串联电路就是等效串联电路中电容阻抗与电阻的比值（中电容阻抗与电阻的比值（）。）。SSSSCRCRD1半导体薄膜制备与分析技术ch３-４ＥＣＶ主讲：郭伟玲141408:3208:32••22．半导体的串联电阻和电解液电阻是引起．半导体的串联电阻和电解液电阻是引起DD值下降值下降的主要原因。我们可以用双频率的办法解决这个问的主要原因。我们可以用双频率的办法解决这个问题。题。••33．电解液与半导体接触面积的测量．电解液与半导体接触面积的测量根据肖特基二极管理论，当接触面半径有根据肖特基二极管理论，当接触面半径有2%2%的误的误差，会产生载流子浓度计算结果差，会产生载流子浓度计算结果8%8%的误差。而一般的误差。而一般情况下我们测得的并非接触面半径，而是密封环的情况下我们测得的并非接触面半径，而是密封环的半径。密封环的半径也并非总是常数，所以在计算半径。密封环的半径也并非总是常数，所以在计算后载流子浓度在后载流子浓度在15%~20%15%~20%内变化正常。内变化正常。半导体薄膜制备与分析技术ch３-４ＥＣＶ主讲：郭伟玲151508:3208:32••44．．CellCell的介绍的介绍CellCell是用来给样品产生压力，使样品固定。是用来给样品产生压力，使样品固定。CellCell中一中一般用来填充电解液般用来填充电解液••55．密封环（．密封环（SealingRingSealingRing））的介绍的介绍密封环是密封环是ECVECV测量仪器中关键部件也很容易损坏（测量仪器中关键部件也很容易损坏（损坏原因主要有装片过程样本位置不对