致谢 本研究部分由伯克利负电容晶体管中心 (BCNCT)、ASCENT(联合大学微电子计划 (JUMP) 的六个中心之一)、DARPA 赞助的半导体研究公司 (SRC) 项目以及 DARPA T-MUSIC 项目资助。本研究使用了先进光子源的资源,先进光子源是美国能源部 (DOE) 科学办公室用户设施,由阿贡国家实验室为能源部科学办公室运营,合同编号为 DE-AC02-06CH11357。本研究使用了先进光源的资源,先进光源是美国能源部科学办公室用户设施,合同编号为 DE-AC02-05CH11231。斯坦福同步辐射光源、SLAC 国家加速器实验室的使用由美国能源部、科学办公室、基础能源科学办公室资助,合同编号为 DE-AC02-76SF00515。电子显微镜检查在劳伦斯伯克利国家实验室 (LBNL) 分子铸造厂进行,由美国能源部基础能源科学办公室科学办公室 (DE-AC02-05CH11231) 提供支持。JC 和 RdR 感谢美国能源部颁发的总统早期科学家和工程师职业奖 (PECASE) 的额外支持。作者贡献薄膜合成由 SSC、GK 和 DK 完成;电子显微镜检查分别由 RdR 和 S.-LH 在 JC 和 RR 的监督下完成,分析由 L.-CW 在 SS 的监督下完成;扫描探针显微镜由 SSC 和 NS 完成;干涉位移传感器测量由 RW 和 RP 完成和开发;扫描电容显微镜由 HZ 完成;X 射线结构表征由 SSC、NS 和 MM 在 AM 和 EK 的监督下完成;X 射线光谱由 SSC 在 RC、PS 和 EA 的监督下完成;二次谐波生成由 JX 在 XZ 的监督下进行;电气测量由 SSC、NS 和 AD 进行;SSC 和 SS 共同撰写了手稿。SS 监督了这项研究。所有作者都参与了讨论并对手稿发表了评论。利益竞争 作者声明不存在利益竞争。
二次谐波生成:半导体电介质接口的强大非破坏性表征技术 Irina Ionica a 、Dimitrios Damianos a 、Anne Kaminski-Cachopo a 、Danièle Blanc-Pélissier b 、Gerard Ghibaudo a 、Sorin Cristoloveanu a 、Lionel Bastard a 、Aude Bouchard a 、Xavier Mescot a、Martine Gri a、Ming Lei c、Brian Larzelere c 和 Guy Vitrant aa Univ。格勒诺布尔阿尔卑斯,CNRS,格勒诺布尔-INP,IMEP-LAHC,38000 格勒诺布尔,法国 b INL-UMR 5270,里昂国立应用科学学院,7 avenue Jean Capelle,69621 维勒班,法国 c FemtoMetrix,1850 East Saint Andrew Place,加利福尼亚州圣安娜 92705,美国。二次谐波产生 (SHG) 被证明是一种非常有前途的介电体-半导体界面表征技术,因为它灵敏、无损,可在晶圆处理的不同阶段直接应用于晶圆。该方法基于非线性光学效应,测量包含介电体-半导体界面处“静态”电场的信号,该信号与氧化物电荷 Q ox 和界面态密度 D it 直接相关。从 SHG 测量中提取 Q ox 和 D it 的一般方法需要 (i) 根据通过经典电学方法获得的参数进行校准和 (ii) 建模以捕捉影响 SHG 信号的光传播现象。在本文中,我们基于对如何利用 SHG 进行半导体电介质表征的最新进展的回顾来讨论这些问题。简介半导体上电介质堆栈在微纳电子、光伏 (1)、图像传感器 (2)、生物化学传感器等许多应用领域的设备中无处不在。在每种情况下,界面的电质量对设备的性能都有很大的影响。通常使用两个参数来确定这种界面的电质量:固定氧化物电荷密度 Q ox 和界面态密度 D it 。大多数时候,这些参数是通过电测量(例如电流、电容、噪声 (3))获取的,然后采用适当的提取方法并在专门制造的测试设备上实施(例如:金属氧化物半导体 - MOS 电容或晶体管)。一些其他方法可以直接在晶圆级实施,而无需任何额外的测试设备制造步骤,例如:半导体的电晕-开尔文特性 (4)、通过光电导或光致发光衰减测量进行的载流子寿命提取 (5)。除了无需任何额外步骤即可直接在晶圆上进行探测的可能性之外,选择最适合的测量方法的标准还包括灵敏度、非破坏性、区分 D it 和 Q ox 的能力、提供高空间分辨率的能力。可以满足所有这些标准的最新技术是二次谐波产生 (SHG) (6),基于非线性光学效应。
