在半导体器件应用中,对载流子浓度非常高的半导体的需求不断增加。半导体材料参数,即载流子密度和迁移率,主要决定器件性能。因此,准确表征半导体的载流子密度和迁移率对于开发其器件应用非常重要。


太赫兹波或波长约为 300 µm、频率约为 1 THz 的电磁辐射在半导体无损检测中的应用不断扩大。材料中的自由载流子吸收太赫兹辐射,这使得使用太赫兹波估计半导体的电特性成为可能。


精度提高了十倍以上!大阪大学开发了一种新型高精度太赫兹时域椭偏仪

太赫兹时域椭偏仪示意图。图片来源:大阪大学


大阪大学的研究人员与 Nippo Precision Co., Ltd. 合作开发了一种太赫兹时域椭偏测量系统 (Tera Evaluator),该系统将太赫兹波可测量的载流子浓度范围扩展到约 10 E 20 cm -3甚至更高通过提高所述光学技术的精度。在太赫兹时域椭偏仪中,线性极化的太赫兹脉冲入射到样品上,并测量反射的太赫兹波的电场强度随时间的变化。


具体而言,在平行于 ( p ) 和垂直于 ( s ) 入射平面的方向上极化的反射波是令人感兴趣的。所述的比率p -和秒- 极化分量产生关于样品介电常数的信息,允许评估载流子密度和迁移率。


因此,与太赫兹时域光谱学不同,太赫兹时域椭偏仪不需要通过孔径或标准反射镜进行参考测量。Tera Evaluator 采用偏振器-样品旋转分析仪光学配置,其中分析仪的角度方向以 15° 为增量从 0° 到 360° 变化。这种多角度技术用于消除分析中检测到的太赫兹电场的幅度和相位的系统误差,这是太赫兹时域椭偏术中新采用的。这种新颖的校正方法将太赫兹时域椭偏仪的精度提高了十倍以上。

精度提高了十倍以上!大阪大学开发了一种新型高精度太赫兹时域椭偏仪

最后,作为演示,研究人员评估了氮化镓 (GaN) 宽隙半导体,这是各种电力电子设备和 5G 设备中技术最重要的半导体之一。GaN 也是未来工作频率超过 100 GHz 的 6G 设备的主要候选材料。在《科学报告》出版物中,他们表明高精度太赫兹时域椭偏仪系统可有效评估高达 10 20 –10 21 cm -3的载流子密度具有卓越的准确度和精度,这一直是使用太赫兹波的挑战,特别是在非常高的电导率下。


所研究的 GaN 晶体是使用大阪大学开发的晶体生长方法制造的,该方法称为点晶种技术,通过 Na-flux 方法生产高质量的 GaN 晶体。


预计高精度太赫兹时域椭偏仪系统将广泛用于具有极高载流子浓度的各种半导体的准确、非侵入性表征。



免责声明

我来说几句

不吐不快,我来说两句
最新评论

还没有人评论哦,抢沙发吧~