Ртутный зонд — это электрическое зондирующее устройство для быстрого, неразрушающего контакта с образцом для электрической характеристики. Его основное применение — измерения полупроводников , где для контакта с образцом требуются трудоемкие металлизации или фотолитографическая обработка. Эти этапы обработки обычно занимают часы и должны по возможности избегаться для сокращения времени обработки устройства.
Ртутный зонд прикладывает ртутные контакты четко определенных областей к плоскому образцу. Природа контактов ртуть-образец и приборы, подключенные к ртутному зонду, определяют применение. Если контакт ртуть-образец является омическим (не выпрямляющим), то вольт-амперные приборы могут использоваться для измерения сопротивления , токов утечки или вольт-амперных характеристик. Сопротивление можно измерять на объемных образцах или на тонких пленках. Тонкие пленки могут состоять из любого материала, который не реагирует с ртутью. Металлы, полупроводники, оксиды и химические покрытия были успешно измерены. [1]
Ртутный зонд — универсальный инструмент для исследования параметров проводящих, изоляционных и полупроводниковых материалов.
Одним из первых успешных применений ртутного зонда было определение характеристик эпитаксиальных слоев, выращенных на кремнии . [2] Для производительности устройства критически важно контролировать уровень легирования и толщину эпитаксиального слоя. До появления ртутного зонда образец должен был пройти процесс металлизации, который мог занять несколько часов. Ртутный зонд, подключенный к прибору для измерения профиля легирования емкость-напряжение, мог измерять эпитаксиальный слой, как только он выходил из эпитаксиального реактора. Ртутный зонд образовывал барьер Шоттки четко определенной области, который можно было измерить так же легко, как и обычный металлизированный контакт.
Другое популярное применение ртутного зонда из-за его скорости — это характеристика оксида. [3] Ртутный зонд образует контакт затвора и позволяет измерять параметры емкость-напряжение или ток-напряжение структуры ртуть-оксид-полупроводник. С помощью этого устройства можно оценить такие параметры материала, как диэлектрическая проницаемость , легирование, заряд оксида и диэлектрическая прочность. Контактная область капли ртути, покоящейся на полупроводнике, может быть изменена электросмачиванием , [ 4] что означает, что для точного извлечения параметров может потребоваться учет этого эффекта.
Ртутный зонд с концентрическими точечными и кольцевыми контактами, а также задним контактом расширяет применение ртутного зонда до структур кремний на изоляторе (SOI), где формируется псевдо-MOSFET-устройство. [5] Этот Hg-FET можно использовать для изучения подвижности, плотности интерфейсных ловушек и крутизны .
Те же структуры ртутного образца можно измерить с помощью вольт-емкостного оборудования для контроля диэлектрической проницаемости и толщины диэлектрических материалов. Эти измерения являются удобным средством измерения для разработки новых диэлектриков как с низким, так и с высоким значением k.
Если контакт ртути с образцом выпрямляющий, то диод сформировался и предлагает другие возможности измерения. Измерения тока и напряжения диода могут выявить свойства полупроводника, такие как напряжение пробоя и срок службы. Измерения емкости и напряжения позволяют вычислить уровень легирования и однородность полупроводника. Эти измерения успешно проводятся на многих материалах, включая SiC , GaAs , GaN , InP , CdS и InSb .