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第1章 电阻率1

1.1 引言1

1.2 两探针与四探针法2

1.2.1 修正因子6

1.2.2 任意形状样品的电阻率12

1.2.3 测量电路15

1.2.4 测量误差和注意事项15

1.3 晶片图18

1.3.1 双注入18

1.3.2 调制光反射19

1.3.3 载流子光照（CI）21

1.3.4 光学密度测定（光密度计）21

1.4 电阻压型22

1.4.1 微分霍尔效应（DHE）22

1.4.2 扩散电阻压型（SRP）25

1.5 非接触测试方法29

1.5.1 涡旋电流29

1.6 导电类型32

1.7 优点和缺点34

附录1.1 电阻率随掺杂浓度的变化35

附录1.2 本征载流子浓度37

参考文献39

习题44

复习题51

第2章 载流子与掺杂浓度53

2.1 引言53

2.2 电容-电压特性（C-V）54

2.2.1 微分电容54

2.2.2 能带偏移59

2.2.3 最大-最小MOS-C电容62

2.2.4 积分电容65

2.2.5 汞探针接触66

2.2.6 电化学C-V测试仪（ECV）67

2.3 电容-电压（I-V）69

2.3.1 MOSFET衬底电压-栅极电压69

2.3.2 MOSFET阈值电压70

2.3.3 扩散电阻71

2.4 测量误差及注意事项71

2.4.1 德拜长度和电压击穿71

2.4.2 串联电阻72

2.4.3 少数载流子和界面陷阱77

2.4.4 二极管边缘电容和杂散电容78

2.4.5 过剩漏电流79

2.4.6 深能级杂质／陷阱79

2.4.7 半绝缘衬底81

2.4.8 仪器限制81

2.5 霍尔效应82

2.6 光学技术85

2.6.1 等离子体共振85

2.6.2 自由载流子吸收85

2.6.3 红外光谱学86

2.6.4 光致发光88

2.7 二次离子质谱分析法（SIMS）89

2.8 卢瑟福背散射（RBS）90

2.9 横向分布90

2.10 优点和缺点91

附录2.1 并联或串联连接93

附录2.2 电路转换94

参考文献96

习题103

复习题109

第3章 接触电阻和肖特基势垒111

3.1 引言111

3.2 金属-半导体接触112

3.3 接触电阻115

3.4 测量技术117

3.4.1 两接触两端子法118

3.4.2 多接触两端子法121

3.4.3 四端子接触电阻方法130

3.4.4 六端子接触电阻方法135

3.4.5 非平面接触136

3.5 肖特基势垒高度137

3.5.1 电流-电压138

3.5.2 电流-温度139

3.5.3 容量-电压140

3.5.4 光电流141

3.5.5 弹道电子发射显微镜（BEEM）142

3.6 方法间的比较142

3.7 优点和缺点143

附录3.1 寄生电阻的影响144

附录3.2 与半导体接触的合金146

参考文献147

习题153

复习题162

第4章 串联电阻，沟道长度与宽度，阈值电压163

4.1 引言163

4.2 PN结二极管164

4.2.1 电流-电压关系164

4.2.2 开路电压衰减（OCVD）166

4.3 肖特基二极管167

4.3.1 串联电阻167

4.4 太阳能电池169

4.4.1 串联电阻-多倍光强171

4.4.2 串联电阻-恒定光强173

4.4.3 并联电阻174

4.5 双极晶体管175

4.5.1 发射极电阻176

4.5.2 集电极电阻178

4.5.3 基极电阻178

4.6 MOSFETs181

4.6.1 串联电阻和沟道长度-电流-电压181

4.6.2 沟道长度-电容电压189

4.6.3 沟道宽度191

4.7 MESFETs和MODFETs192

4.8 阈值电压194

4.8.1 线性插补196

4.8.2 漏电流恒定199

4.8.3 亚阈值漏电流199

4.8.4 跨导199

4.8.5 跨导微商200

4.8.6 漏电流比率200

4.9 赝MOSFET202

4.10 优点和缺点203

附录4.1 肖特基二极管I-V方程203

参考文献205

习题211

复习题220

第5章 缺陷222

5.1 引言222

5.2 产生-复合统计224

5.2.1 图示描述224

5.2.2 数学描述226

5.3 电容测量228

5.3.1 稳态测量229

5.3.2 瞬态测量229

5.4 电流测量237

5.5 电荷测量238

5.6 深能级瞬态光谱（DLTS）239

5.6.1 传统的DLTS239

5.6.2 界面态陷阱电荷DLTS248

5.6.3 光学扫描DLTS250

5.6.4 注意事项252

5.7 热刺激电容和电流254

5.8 正电子湮灭光谱（PAS）256

5.9 优点和缺点258

附录5.1 激活能和俘获截面259

附录5.2 时间常数提取260

附录5.3 Si和GaAs数据262

参考文献267

习题274

复习题281

第6章 栅氧电荷、界面陷阱电荷和栅氧厚度282

6.1 引言282

6.2 固定氧化层陷阱电荷和可动氧化层电荷284

6.2.1 电容-电压曲线284

6.2.2 平带电压289

6.2.3 电容测量293

6.2.4 固定电荷295

6.2.5 栅-半导体功函数差296

6.2.6 氧化层陷阱电荷298

6.2.7 可动电荷299

6.3 界面陷阱电荷302

6.3.1 低频（准稳态）法302

6.3.2 电导306

6.3.3 高频法310

6.3.4 电荷泵311

6.3.5 MOSFET亚阈值电流317

6.3.6 DC-IV法319

6.3.7 其他方法320

6.4 氧化层厚度的影响321

6.4.1 伏安法322

6.4.2 电流-电压325

6.4.3 其他方法326

6.5 优点和缺点326

附录6.1 电容测量法327

附录6.2 卡盘电容效应和泄漏电流329

参考文献331

习题338

复习题343

第7章 载流子寿命344

7.1 引言344

7.2 复合时间和表面复合速率345

7.3 产生寿命／表面产生速率349

7.4 复合寿命—光学测量350

7.4.1 光电导衰减（PCD）353

7.4.2 准稳态光电导（QSSPC）356

7.4.3 短路电流／开路电压衰减（SCCD/OCVD）357

7.4.4 光致发光衰减（PLD）357

7.4.5 表面光电压（SPV）358

7.4.6 稳态短路电流（SSSCC）364

7.4.7 自由载流子吸收366

7.4.8 电子束感应电流（EBIC）368

7.5 复合寿命-电学测量370

7.5.1 二极管电流-电压370

7.5.2 反向恢复（RR）372

7.5.3 开路电压衰减（OCVD）374

7.5.4 脉冲MOS电容376

7.5.5 其他方法379

7.6 生成寿命—电气测量379

7.6.1 栅控二极管379

7.6.2 脉冲MOS电容382

7.7 优点和缺点389

附录7.1 光激发390

附录7.2 电激励396

参考文献398

习题407

复习题412

第8章 迁移率414

8.1 引言414

8.2 电导迁移率415

8.3 霍尔效应与迁移率415

8.3.1 均一层或晶圆的基本方程415

8.3.2 非均一层420

8.3.3 多层422

8.3.4 样品形状和测量电路423

8.4 磁阻迁移率427

8.5 飞行时间漂移迁移率429

8.6 场效应MOS管的迁移率435

8.6.1 有效迁移率435

8.6.2 场效应迁移率445

8.6.3 饱和迁移率446

8.7 非接触迁移率447

8.8 优点和缺点447

附录8.1 半导体体迁移率448

附录8.2 半导体表面迁移率450

附录8.3 有效沟道频率响应451

附录8.4 界面陷阱电荷的影响452

参考文献454

习题460

复习题466

第9章 基于电荷和探针的表征技术467

9.1 引言467

9.2 背景468

9.3 表面电荷沉积469

9.4 开尔文探针470

9.5 应用476

9.5.1 表面光电压（SPV）476

9.5.2 载流子寿命477

9.5.3 表面改性479

9.5.4 近表面掺杂浓度480

9.5.5 氧化层电荷481

9.5.6 氧化层厚度和界面陷阱态密度483

9.5.7 氧化层泄漏电流484

9.6 扫描探针显微镜（SMP）484

9.6.1 扫描隧道显微镜（STM）485

9.6.2 原子力显微镜（AFM）487

9.6.3 扫描电容显微镜（SCM）489

9.6.4 扫描开尔文探针显微镜（SKPM）491

9.6.5 扫描扩散电阻显微镜（SSRM）494

9.6.6 弹道电子发射显微镜（BEEM）495

9.7 优点和缺点496

参考文献497

习题501

复习题502

第10章 光学表征503

10.1 引言503

10.2 光学显微镜方法504

10.2.1 分辨率、放大率、对比度505

10.2.2 暗场、相差、干涉相衬显微镜507

10.2.3 共焦光学显微镜509

10.2.4 干涉显微镜511

10.2.5 缺陷刻蚀513

10.2.6 近场光学显微（NFOM）515

10.3 椭圆偏振法517

10.3.1 理论517

10.3.2 零椭圆偏振法519

10.3.3 旋转检偏器式椭圆偏振法520

10.3.4 光谱椭圆偏振法（SE）520

10.3.5 应用521

10.4 透射法522

10.4.1 理论522

10.4.2 仪器524

10.4.3 应用527

10.5 反射528

10.5.1 理论528

10.5.2 应用530

10.5.3 内反射红外光谱学533

10.6 光散射534

10.7 调制光谱学536

10.8 线宽536

10.8.1 光学-物理方法536

10.8.2 电学方法538

10.9 光致发光（PL）539

10.10 拉曼光谱543

10.11 优点和缺点545

附录10.1 透射方程545

附录10.2 几种半导体的吸收系数和折射率547

参考文献549

习题556

复习题560

第11章 化学和物理表征561

11.1 引言561

11.2 电子束技术563

11.2.1 扫描电子显微镜（SEM）563

11.2.2 俄歇电子能谱（AES）567

11.2.3 电子探针（EMP）572

11.2.4 透射电子显微镜（TEM）578

11.2.5 电子束感应电流（EBIC）581

11.2.6 阴极发光（CL）583

11.2.7 低能和高能电子衍射（LEED）584

11.3 离子束技术584

11.3.1 二次离子质谱（SIMS）585

11.3.2 卢瑟福背散射谱分析（RBS）589

11.4 X射线和伽马射线技术595

11.4.1 X射线荧光光谱（XRF）595

11.4.2 X射线光电子能谱（XPS）597

11.4.3 X-射线形貌术（XRT）600

11.4.4 中子活化分析（NAA）603

11.5 优点和缺点604

附录11.1 一些分析技术的选择特点605

参考文献607

习题614

复习题615

第12章 可靠性和失效分析617

12.1 引言617

12.2 失效时间和加速因子618

12.2.1 失效时间618

12.2.2 加速因子618

12.3 分布函数620

12.4 可靠性相关622

12.4.1 电迁移（EM）622

12.4.2 热载流子627

12.4.3 栅氧完整性629

12.4.4 负偏压高温不稳定性（NBTI）635

12.4.5 应力诱导漏电流（SILC）636

12.4.6 静电放电（ESD））636

12.5 失效分析表征技术638

12.5.1 静态漏电流（IDDQ）638

12.5.2 机械探针639

12.5.3 发射显微镜（EMMI）640

12.5.4 荧光微热重分析（FMT）642

12.5.5 红外热成像法（IRT）642

12.5.6 电压衬度技术642

12.5.7 激光电压探针技术（LVP）643

12.5.8 液晶（LC）643

12.5.9 光束诱导电阻变化（OBIRCH）645

12.5.10 聚焦离子束（FIB）646

12.5.11 噪声646

12.6 优点和缺点649

附录12.1 栅电流650

参考文献653

习题660

复习题662

附录1 符号表664

附录2 术语与缩写674

索引680