A | B | C | D | E | F | G | H | CH | I | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
A félvezetőiparban és a szilárdtestfizikai kutatásban alkalmazott kapacitás-feszültség mérés (angol neve nyomán gyakran C-V mérés) egy elterjedt módszer félvezető anyagok, illetve a belőlük készített félvezető eszközök elektromos jellemzésére. Az eljárásban az vizsgált tartomány két pontja (elektromos kontaktusa) között elektromos feszültséget keltenek, és az ezek közötti elektromos kapacitást mérik a feszültség függvényében.
A mérés elve azon a jelenségen alapul, hogy félvezetőkben az előfeszítés mértékétől függ a tértöltéstartomány mérete, amely pedig az eszköz elektromos kapacitására van hatással.[2] A kapacitásváltozáshoz szükséges feszültség meghatározása például a tiltott sávon belüli állapotokról, illetve csapdaállapotokról, a töltéshordozó-koncentrációról szolgáltathat információt.[3]
Az eljárással többek között Schottky-diódák, MIS illetve MOS eszközök (MOSFET, MOSCAP), p-n átmenetek elektromos jellemzésére van lehetőség, de folyadékkontaktusos (pl. higanykontaktusos) mérőeszközzel szilíciumszeletek vizsgálata is megvalósítható.[4]
Fizikai mechanizmusa
Kapacitásváltozás
A módszer azon alapul, hogy a feszültség hatására a félvezető eszközben egy elektronoktól és elektronlyukaktól mentes kiürített tartomány alakul ki, melyben ionizált atomok, különféle lokalizált szennyezők, illetve elektromosan aktív hibahelyek, például töltéshordozó-csapdaállapotok maradnak vissza, mely tartomány kondenzátorként viselkedik.
A kondenzátorok elektromos kapacitása általánosan az alábbi összefüggésben áll az eszköz fizikai jellemzőivel:
ahol A a kondenzátor fegyverzeteinek felülete, a fegyverzetek közötti dielektrikum dielektromos állandója, d pedig a fegyverzetek távolsága.
Azonos koncepció alapján állapítható meg egy félvezető határfelületen, feszültség hatására kialakuló kiürített tartomány kapacitása, csak ez esetben d a kiürítés szélességét jelöli. A dielektromos állandó felírásában célszerűen különírjuk a vákuum , és a félvezető relatív dielektromos állandóját, emellett a C-V méréseknél megszokott módon egységnyi felületű félvezető kapacitását írjuk fel:
A feszültség változtatásával a kiürített tartomány mérete változik meg, mely a kapacitás változásával jár.[3]
Sávelhajlás
A félvezető eszközben az elektromos feszültség hatására alakul ki különböző szélességű kiürített tartomány. A jelenség az elektromos energiasáv-modellben a sávelhajlás koncepciójával mutatható be. Példaképpen tekintsünk egy MIS (fém-szigetelő-félvezető) eszközben kialakuló sávelhajlásokat a fém kontaktuson alkalmazott különböző előfeszítések esetén. Az ábrán egy félvezető és egy fémes tartomány határfelületét láthatjuk, a két tartományt szigetelő választja el egymástól.
Az ábrán balra látható, hogy egy n-típusú (elektronvezető) félvezető és egy fémes tartomány közötti termikus egyensúly beállta előtt a félvezető határfelületén a sávok laposak. Ha a tartományokat összeérintjük, a Fermi-szint a két tartományban egyensúlyba kerül. Az energiasávok a félvezetőben elhajlanak, ami kiürített tartományt alakít ki a félvezető és a szigetelő határfelületén, ahol igen kevés töltéshordozó található. Ha pozitív előfeszítést alkalmazunk a fémes tartományon, akkor ennek Fermi-szintje lefelé tolódik, ami akkumulációs réteget alakít ki a félvezetőben, a szigetelővel közös határfelületéhez közel.
Ha ellentétes feszültséget alkalmazunk, az eszközben inverziós réteg is kialakulgat: ez azt jelenti, hogy például egy n-típusú MIS eszközben negatív előfeszítés hatására a félvezető határfelületen a
A sávelhajlás mértékének változtatásával befolyásolható, hogy milyen széles kiürített tartomány alakuljon a félvezető felületén, így végső soron d-t az előfeszítés mértéke határozza meg:
- Akkumuláció esetén a félvezető határfelületéhez közel jutnak a töltéshordozók, d lecsökken, az eszköz kapacitása megnő (az ábrán középen).
- Kiürítés esetén d megnövekszik, így az eszköz kapacitása csökken (az ábrán jobbra).
- Inverzió esetén a félvezető határfelületéhez közel a kisebbségi töltéshordozók (n-típusú félvezető esetén elektronlyukak) halmozódnak fel, d megnő, az eszköz kapacitása alacsony frekvencián megnövekszik.
P-típusú eszköz esetén a fenti jelenségek hasonlóan mennek végbe, azonban éppen ellenkező előjelű előfeszítések esetén lépnek fel azonos jelenségek, mint az n-típusúnál.
A kapacitás mérése
A sávelhajlás következtében kialakuló kapacitásváltozás megmérésére különféle elektronikai módszerek alkalmazhatók. A mérendő eszköz kialakításától függően különféle helyettesítő áramkör képzelhető el, amelyben egy komponens képviseli a félvezető eszköz tiltott sávjának kapacitását.
Alkalmazásai
A C-V mérések során a vizsgált eszköz egy helyettesítő áramkörrel jellemezhető, amelynek egyes komponensei az eszköz részeit reprezentálják. A helyettesítő áramkör attól függ, hogy milyen az eszköz kialakítása. A kondenzátorok kis és nagyfrekvenciás viselkedése közti elektromos különbség miatt általában a C-V mérést is külön értelmezik kis- és nagyfrekvenciás esetre. Ennek megfelelően jelöli a vizsgált eszköz kisfrekvenciás, a nagyfrekvenciás kapacitását.
MIS-szerkezet
A MIS (fém-szigetelő-félvezető) szerkezeten alapuló eszközök (pl. MOSFET, MOSCAP) esetén a C-V mérés során az alábbi helyettesítő áramkörrel vehetjük figyelembe az eszköz elektromos viselkedését.[5]
- Akkumulációban nincs kiürített tartománya, így az eszköz teljes kapacitása pusztán a szigetelő kapacitásából adódik:
- ahol a szigetelő réteg kapacitása.
- Kiürítés esetén az eszköz kapacitása a szigetelő réteg kapacitásának és a kiürített tartomány kapacitásának soros kapcsolásaként értelmezhető:
- ahol a replusz művelet jele, a kiürített tartomány egységnyi felületének kapacitása, pedig a kiürített tartomány szélessége, a felületi potenciál, az elemi töltés, pedig a térfogati donorkoncentráció.[6] A mérés ezen szakaszában a kiürítés mértékétől, tehát az előfeszítés nagyságától függ az eszköz kapacitása.[5]
- Inverzió esetén eltérő viselkedést mutat az eszköz kis- és nagyfrekvencián. A kisfrekvenciás kapacitás megfelel a szigetelő kapacitásának:
- míg a nagyfrekvenciás kapacitás megegyezik a szigetelő és a kiürített tartomány sorba kapcsolat kapacitásaival:
- ahol a kiürített tartomány maximális kapacitása, pedig a kiürített tartomány maximális szélessége.[5]
Jegyzetek
- ↑ MOSCAP szimulátor 2014.
- ↑ Schroder 2006, 61. o.
- ↑ a b Lee Stauffer. Fundamentals of Semiconductor C-V Measurements. Keithley Instruments Inc. (2009. február). Hozzáférés ideje: 2019. január 22.
- ↑ Schroder 2006, 62. o.
- ↑ a b c 6.6 The MOS Capacitance. ecee.colorado.edu. (Hozzáférés: 2019. január 23.)
- ↑ 6.5 Analysis of the MOS capacitor. ecee.colorado.edu. (Hozzáférés: 2019. január 23.)
Források
Tananyagok, ismeretterjesztő weblapok
- Mikroelektronika és technológia, V. sz gyakorlat - Kapacitás-feszültség mérése félvezetõ rétegszerkezeteken. BME VIK EET. (Hozzáférés: 2019. január 23.)[halott link]
- Cristea, Miron J: Capacitance-voltage profiling techniques for characterization of semiconductor materials and devices. arXiv.org , 2010. november 15. (Hozzáférés: 2019. január 23.)
Szakkönyvek, szakcikkek
- S. Berberich, P. Godignon, M.L. Locatelli, J. Millán, H.L. Hartnagel (1998). „High frequency CV measurements of SiC MOS capacitors” (angol nyelven). Solid-State Electronics 42 (6), 915–920. o, Kiadó: Elsevier. DOI:10.1016/s0038-1101(98)00122-1. ISSN 0038-1101.
- Dieter K. Schroder. Semiconductor material and device characterization (angol nyelven). IEEE Press Wiley (2006). ISBN 978-0-471-73906-7. OCLC 163140623
- Bart Van Zeghbroeck: Principles of Electronic Devices (angol nyelven). ecee.colorado.edu, 2011. (Hozzáférés: 2019. január 23.)
- Lachlan E.Black. Appendix A. Capacitance–Voltage Measurements, New Perspectives on Surface Passivation: Understanding the Si-Al2O3 Interface (angol nyelven). Springer International Publishing. DOI: 10.1007/978-3-319-32521-7 (2016). ISBN 978-3-319-32520-0
- Kim Ji-Hong, Pragya R. Shrestha, Jason P. Campbell, Jason T. Ryan, David Nminibapiel, Joseph J. Kopanski, Cheung Kin P. (2019. január 23.). „Rapid and Accurate C-V Measurements” (angol nyelven). IEEE transactions on electron devices 63 (10). DOI:10.1109/TED.2016.2598855. PMID 28579633. (Hozzáférés ideje: 2019. január 23.)
További információ
Online szimulátor
- MOSCAP C-V görbe szimulátor: Akira Matsudaira, Saumitra Raj Mehrotra, Shaikh S. Ahmed, Gerhard Klimeck, Dragica Vasileska (2014. július 23.). „MOSCap”, Kiadó: nanoHUB. DOI:10.21981/D3736M30D.
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.
Órajel
Óriás mágneses ellenállás
Összeadó (elektronika)
Üvegtörés-érzékelő
555-ös időzítő IC
Abszorpciós hullámmérő
Aktív ciklusidő
Aktív szűrő
Alkalmazásspecifikus integrált áramkör
Alkalmazásspecifikus standard termék
Amplitúdódiszkriminátor
Anód
Analóg-digitális átalakító
Analógia
Analóg elektromechanikus műszerek
Analóg műszerek közös szerkezeti elemei
Antennapolarizáció
Aránydetektor
Arduinome
ATmega328
ATmega88
Atmel AVR
Automatikus erősítésszabályozás
Automatikus frekvenciaszabályozás
Automatikus optikai vizsgálat
Bifiláris tekercs
Bionika
Bitszelet technika
Bode-diagram
CB-rádió
Dekatron
Demodulátor
Diódás demodulátor
Dielektromos abszorpció
Digital signage
Egyenáramú teljesítmény mérése
Egyfázisú váltakozó áramú teljesítmény mérése
Egylapkás rendszer
Elektródaszárító
Elektromos penetrációs görbe
Elektronika
Elemméretek listája
Elhangolt rezgőkörös demodulátor
Ellenállás–tranzisztor logika
Ellenütemű demodulátor
Erősítés
Erősítő
Erősítő áramkör
Fényorgona
Földelés
Fantomtáp
Felületszerelési technológia
Flip-flop (elektronika)
Flipflop (elektronika)
Fotoellenállás
Fotolitográfia
Glimmlámpa
GPS-vezérelt oszcillátor
Gyengeáram
Háromfázisú váltakozó áramú teljesítmény mérése
Hővezető lap
Hall-effektus
HP200A
HP200CD
Hullámvezető
IPS panel
Jósági tényező
Jitter
Közös módusú elnyomás
Kapacitás-feszültség mérés
Kapcsoló
Kapcsolóüzemű tápegység
Kaszkádgyorsító
Kibocsátókapcsolt logika
Kirchhoff-törvények
Koronakisülés
Kristálykályha
Kristályoszcillátor
Kvantálási zaj
Kvantálás (jelfeldolgozás)
Lítiumion-akkumulátor
Lokátor
Műveleti erősítő
Maradékfeszültség
Mechatronika
MEMS
Mikrochip (állatmegjelölés)
Mikroelektronika
Mikromat építőkészlet
Négypólusok
Negatív ellenállás
Nikkel-metál-hidrid akkumulátor
No Instruction Set Computing
Nyitásérzékelő
OLED-televízió
Oszcillátor
Package on package
PMR-rádió
PMR rádió
Programozható logikai mátrix
Rádió-vevőkészülék
Rövidre zárás
RAM
RC oszcillátorok
Rezgőkör
ROM
Sörétzaj
SAE800
SDR (Software-defined radio)
Shift regiszter
Sinc-szűrő
SINPO
SLAR
Sugárzott teljesítmény
Szabályozás
Szaggató
Szekvenciális logika
Szent Elmo tüze
Szerelőlap
Szerkesztő:Pegy22/Alkalmi
SZESAT
Szilárdtest relé
Szimmetrikus audiovonal
Szinkronizálás (elektrotechnika)
Tápvonal
Távirányító
Távközlési Kutató Intézet
Túlfeszültség
Tekercselt huzalkötés
Teljesítményelektronika
Tranzisztor–tranzisztor logika
Tranzisztoros demodulátor
Tranzisztoros rádió
Ultrakapacitás
V-chip
Varázsszem
Versenyhelyzet
Villamosmérnök
Volksempfänger
Walkman
Ward Leonard-rendszer
Wien-hidas oszcillátor
Zener-effektus
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.