Порядок выполнения работы. Включить установку и дать ей прогреться в течение 15 минут

Включить установку и дать ей прогреться в течение 15 минут. Установить лист диаграммной бумаги на двухкоординатный самописец. Определить скорость нагрева термостата. Для этого в двухкоординатном самописце вместо усилителя по оси Х поставить блок временной развертки, а на ось Y включить выводы термопары. Установить скорость развертки по оси X 25 с/см; чувствительность по оси Y 1 мВ/см. Включить програмный блок нагрева термостата и записать на двухкоординатном самописце временное изменение эдс термопары. С помощью калибровки термопары перевести ее показания в температуру (температура термостата не должна быть больше 350 ° С). Убедиться в линейном изменении температуры термостата и определить скорость его нагрева a (гр./c). Затем охладить термостат до комнатной температуры, поставить на его столик исследуемый образец и зондами подключить образец к схеме (зонд (*) включить на внешний электрод). В двухкоординатном самописце блок усилителя по оси Х поставить на место и на него включить термопару; на ось Y подать сигнал с усилителя термостимулированного тока (ВК 2 - 16). Установить чувствительность по оси X самописца ~1 мВ/см; чувствительность по оси Y ~ 0,5 мВ/см. С помощью источника постоянного напряжения на внешний электрод образца подать +5В. Включить программный блок нагрева термостата и записать на двухкоординатном самописце зависимость термостимулированного тока от температуры. Не снимая напряжения с образца, охладить термостат до комнатной температуры (выключив усилители двухкоординатного самописца). Поменять полярность напряжения на образце и повторить цикл нагрева для записи кривой на двухкоординатном самописце.

После завершения эксперимента приступить к анализу полученных результатов.

Содержание отчета.

Содержание отчета должно включать в себя: цель работы, описание методики и установки, описание образцов, результаты работы и их анализ.

Анализ результатов проводится на основании следующей модели. Источники подвижных зарядов находятся на границах раздела диэлектрика исследуемого образца. Их энергия связи - E. Ток через диэлектрик определяется скоростью освобождения носителей на соответствующей границе, происходящего за счет температуры. Эта скорость генерации равна :

v = N×n×exp(-E/kT) (1)

Плотность тока через диэлектрик :

I = q× N×n×exp(-E/kT) (2)

где N - плотность дефектов (источников) на границе.

n - частота тепловых колебаний заряда в дефекте

Т - абсолютная температура.

Поскольку аналитического решения рассматриваемой задачи не существует, необходимо составить программу для получения требуемого решения на компьютере. Смысл этого решения заключается в нахождении связи температуры, при которой наблюдается максимум тока, с величиной энергии Е. При составлении программы необходимо учесть, что N и Т зависят от времени. Связь времени и Т определяется a. Временная зависимость N определяется вычитанием числа центров, потерявших заряд, из их начальной плотности N₀ . (n » 5×10¹² с^-1) Рассчитав зависимость Е от Т_max , можно определить величины Е для двух вариантов кривых, полученных в работе, а также исходные плотности поверхностных дефектов N₀ .

3.5. Контрольные вопросы и задания

1. Влияет ли на величину Т_мах исходная плотность дефектов N₀ и если влияет то как?

2. Можно ли наблюдать термостимулированный ток без приложения напряжения к диэлектрику? Если можно то при каких условиях?

3. Какой вид кривой термостимулированного тока можно ожидать при уменьшении температуры термостата, если ток уже наблюдался?

Лабораторная работа №4

"Контроль микроэлектронных структур методом эллипсометрии"

Цель работы: ознакомление с возможностью применения метода эллипсометрии в микроэлектронике. Измерение толщины диэлектрической пленки и показателя преломления методом эллипсометрии.

Общие сведения

Эллипсометрия является эффективным инструментом для исследования кинетики роста и травления диэлектрических пленок и может быть использована для технологического контроля пленок.

Основным достоинством метода является бесконтактный и неразрушающий характер измерений.

Эллипсометрический метод позволяет измерить толщины и показатели преломления тонких (0,1 - 10 мкм) и сверхтонких слоев (от долей нм до нескольких десятков нм) с точностью до третьего знака после запятой, а так же контролировать толщину адсорбционного покрытия с точностью до 0,02 долей монослоя. Такая высокая точность объясняется тем, что поляризация отраженного светового луча меняется в зависимости от толщины и оптических свойств покрывающей поверхность образца пленки.

Сущность эллипсометрического метода состоит в следующем. Если на поверхность образца с однородной пленкой под некоторым углом падает линейно поляризованный монохроматический пучок света, то отраженный пучок света в общем случае оказывается эллиптически поляризованным. Характер изменения поляризации отраженной световой волны зависит от оптических постоянных подложки, оптических постоянных пленки, угла падения света, показателя преломления внешней среды и толщины пленки.

Связь между оптическими характеристиками отражающей системы, длиной волны (l), углорм падения света (j₀) и параметрами эллиптической поляризации отраженного света дается основным уравнением эллипсометрии:

Для случая подложка – однородная пленка это выражение приобретает следующий вид:

(1)

где Y и D - поляризационные углы; r_ij – коэффициенты Френеля (индексы 01 относятся к границе внешняя среда – пленка, 12 – пленка - подложка); P и S – индексы, соответствующие компонентам электрического вектора световой волны.

(2)

где d - фазовая толщина пленки, d – геометрическая толщина пленки, l - длина волны света, e₀, e₁ – в общем случае комплексные диэлектрические проницаемости внешней среды и пленки соответственно, j ₀ - угол падения света, e_j = (n_j – i k_j), где n_j и k_j – показатель преломления и показатель поглощения, соответственно.

В нашем случае .

Уравнение (1) является комплексным, поэтому его можно разделить на два действительных уравнения и по каждой паре измерений поляризационных углов (D и Y) определить два неизвестных параметра отражающей системы.

Для решения этой задачи в настоящей работе используют графический подход, суть которого состоит в следующем. Для известной подложки строится семейство кривых (номограммы), представляющих собой графическое изображение решений уравнения (1) и искомые параметры определяются исходя из расположения экспериментальной точки относительно построенных кривых.