Query: Semiconductor Material and Device Characterization

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abstract: Preface to Third Edition. 1 Resistivity. 1.1 Introduction. 1.2 Two Point Versus Four Point Probe. 1.3 Wafer Mapping. 1.4 Resistivity Profiling. 1.5 Contactless Methods. 1.6 Conductivity Type. 1.7 Strengths and Weaknesses. Appendix 1.1 Resistivity as a Function of Doping Density. Appendix 1.2 Intrinsic Carrier Density. References. Problems. Review Questions. 2 Carrier and Doping Density. 2.1 Introduction. 2.2 Capacitance Voltage (C V) 2.3 Current Voltage (I V) 2.4 Measurement Errors and Precautions. 2.5 Hall Effect. 2.6 Optical Techniques. 2.7 Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS) 2.8 Rutherford Backscattering (RBS) 2.9 Lateral Profiling. 2.10 Strengths and Weaknesses. Appendix 2.1 Parallel or Series Connection? Appendix 2.2 Circuit Conversion. References. Problems. Review Questions. 3 Contact Resistance and Schottky Barriers. 3.1 Introduction. 3.2 Metal Semiconductor Contacts. 3.3 Contact Resistance. 3.4 Measurement Techniques. 3.5 Schottky Barrier Height. 3.6 Comparison of Methods. 3.7 Strengths and Weaknesses. Appendix 3.1 Effect of Parasitic Resistance. Appendix 3.2 Alloys for Contacts to Semiconductors. References. Problems. Review Questions. 4 Series Resistance, Channel Length and Width, and Threshold Voltage. 4.1 Introduction. 4.2 PN Junction Diodes. 4.3 Schottky Barrier Diodes. 4.4 Solar Cells. 4.5 Bipolar Junction Transistors. 4.6 MOSFETS. 4.7 MESFETS and MODFETS. 4.8 Threshold Voltage. 4.9 Pseudo MOSFET. 4.10 Strengths and Weaknesses. Appendix 4.1 Schottky Diode Current Voltage Equation. References. Problems. Review Questions. 5 Defects. 5.1 Introduction. 5.2 Generation Recombination Statistics. 5.3 Capacitance Measurements. 5.4 Current Measurements. 5.5 Charge Measurements. 5.6 Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) 5.7 Thermally Stimulated Capacitance and Current. 5.8 Positron Annihilation Spectroscopy (PAS) 5.9 Strengths and Weaknesses. Appendix 5.1 Activation Energy and Capture Cross Section. Appendix 5.2 Time Constant Extraction. Appendix 5.3 Si and GaAs Data. References. Problems. Review Questions. 6 Oxide and Interface Trapped Charges, Oxide Thickness. 6.1 Introduction. 6.2 Fixed, Oxide Trapped, and Mobile Oxide Charge. 6.3 Interface Trapped Charge. 6.4 Oxide Thickness. 6.5 Strengths and Weaknesses. Appendix 6.1 Capacitance Measurement Techniques. Appendix 6.2 Effect of Chuck Capacitance and Leakage Current. References. Problems. Review Questions. 7 Carrier Lifetimes. 7.1 Introduction. 7.2 Recombination Lifetime/Surface Recombination Velocity. 7.3 Generation Lifetime/Surface Generation Velocity. 7.4 Recombination Lifetime Optical Measurements. 7.5 Recombination Lifetime Electrical Measurements. 7.6 Generation Lifetime Electrical Measurements. 7.7 Strengths and Weaknesses. Appendix 7.1 Optical Excitation. Appendix 7.2 Electrical Excitation. References. Problems. Review Questions. 8 Mobility. 8.1 Introduction. 8.2 Conductivity Mobility. 8.3 Hall Effect and Mobility. 8.4 Magnetoresistance Mobility. 8.5 Time of Flight Drift Mobility. 8.6 MOSFET Mobility. 8.7 Contactless Mobility. 8.8 Strengths and Weaknesses. Appendix 8.1 Semiconductor Bulk Mobilities. Appendix 8.2 Semiconductor Surface Mobilities. Appendix 8.3 Effect of Channel Frequency Response. Appendix 8.4 Effect of Interface Trapped Charge. References. Problems. Review Questions. 9 Charge based and Probe Characterization. 9.1 Introduction. 9.2 Background. 9.3 Surface Charging. 9.4 The Kelvin Probe. 9.5 Applications. 9.6 Scanning Probe Microscopy (SPM) 9.7 Strengths and Weaknesses. References. Problems. Review Questions. 10 Optical Characterization. 10.1 Introduction. 10.2 Optical Microscopy. 10.3 Ellipsometry. 10.4 Transmission. 10.5 Reflection. 10.6 Light Scattering. 10.7 Modulation Spectroscopy. 10.8 Line Width. 10.9 Photoluminescence (PL) 10.10 Raman Spectroscopy. 10.11 Strengths and Weaknesses. Appendix 10.1 Transmission Equations. Appendix 10.2 Absorption Coefficients and Refractive Indices for Selected Semiconductors. References. Problems. Review Questions. 11 Chemical and Physical Characterization. 11.1 Introduction. 11.2 Electron Beam Techniques. 11.3 Ion Beam Techniques. 11.4 X Ray and Gamma Ray Techniques. 11.5 Strengths and Weaknesses. Appendix 11.1 Selected Features of Some Analytical Techniques. References. Problems. Review Questions. 12 Reliability and Failure Analysis. 12.1 Introduction. 12.2 Failure Times and Acceleration Factors. 12.3 Distribution Functions. 12.4 Reliability Concerns. 12.5 Failure Analysis Characterization Techniques. 12.6 Strengths and Weaknesses. Appendix 12.1 Gate Currents. References. Problems. Review Questions. Appendix 1 List of Symbols. Appendix 2 Abbreviations and Acronyms. Index.
author_names: Dieter K Schroder
title: Semiconductor Material and Device Characterization
year: 1990

abstract: DESCRIPTION This Third Edition updates a landmark text with the latest findings The Third Edition of the internationally lauded Semiconductor Material and Device Characterization brings the text fully up to date with the latest developments in the field and includes new pedagogical tools to assist readers. Not only does the Third Edition set forth all the latest measurement techniques, but it also examines new interpretations and new applications of existing techniques.
author_names: Dieter K Schroder
title: Semiconductor Material and Device Characterization, 3rd Edition
year: 2005

author_names: Dieter K Schroder
title: Semiconductor Material and Device Characterization: Schroder/Semiconductor Material and Device Characterization, Third Edition
year: 2005

abstract: The advent of the new nano scale high speed materials and devices require metrology tools capable of characterization at the operating frequency range with nano scale resolution. The non destructive measurement of dopant profile and carrier concentration in 2D and 3D are critical in the new emerging materials and devices such as carbon nanotubes, graphene, nanowires and spintronics. A new Scanning Microwave Microscope (SMM) has been developed to characterize the material and devices at microwave frequencies with nanometer resolution. The SMM has been shown to be capable of quantitative characterization of metals, semiconductors and dielectrics.
author_names: Hassan Tanbakuchi

Ferry Kienberger

Matt Richter

Michael Dieudonne

Manuel Kasper

Georg Gramse
title: Semiconductor Material and Device Characterization via Scanning Microwave Microscopy
venue: 2013 IEEE Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium (CSICS)
year: 2013

abstract: The potential of using low frequency noise as a diagnostic tool for semiconductor material and device characterization is reviewed. First a brief introduction is given related to the different noise sources in order to obtain insight into the spectral information present in their response signal. Special attention is given to 1/f noise, random telegraph signal noise, and generation recombination noise. The physics associated with the noise properties of bulk and interface defect centers is investigated and illustrated by some case studies for both metal oxide semiconductor and bipolar devices. Advantages and disadvantages compared to other spectroscopic techniques are addressed in view of future trends in electronic devices.
author_names: Cor Claeys

Eddy Simoen
title: Noise as a Diagnostic Tool for Semiconductor Material and Device Characterization
year: 1998

abstract: Abstract Novel developments in this review relate to mcorona Kelvin, realized by miniaturization of corona charging spot and adaptation of Kelvin Force Microscopy, KFM. Resolution improvement has opened possibilities of non contact characterization of miniature scribe line test sites on processed semiconductor wafers. Surface diffusion of corona ions can be quantified with mcorona KFM leading to the development of the kinetic C V method. The quantified decrease of charge due to diffusion creates a "charge bias sweep" Application examples illustrate the determination of dielectric capacitance; flatband voltage; and effective gate metal work function indicators. Applications to SiC demonstrate doping density determination with kinetic CV. Non Visible Defect, NVD, inspection benefits from micro resolution characterization in two ways: 1) defects revealed by whole wafer mapping can now be examined in high resolution; illustrated using an example of Na contamination; and 2) detailed characterization can be performed within small defective areas providing a means for better understanding of a specific NVD.
author_names: Dmitriy Marinskiy

Piotr Edelman

Jacek J Lagowski

Thye Chong Loy

Carlos Almeida

Alexandre Savtchouk
title: Kelvin Force Microscopy and corona charging for semiconductor material and device characterization
year: 2016

abstract: The focus of the present work is addressed to the field of organic electronics, which has attracted increasing interest for the development of flexible, large area and low cost electronic applications, from light emitting diodes to thin film transistors and solar cells. The book describes initially the application of low frequency electronic noise spectroscopy for the characterization of organic electronic devices as an innovative and non destructive technique. The second part is focused on the application of a well known characterization technique, such as the admittance spectroscopy, in order to characterize the conduction and dielectric properties of a test structures based on a new organic materials for future applications in the blue organic light emitting diode and in the quantum dots polymer solar cells.
author_names: Landi Giovanni
title: Organic semiconductor material and device characterization
year: 2015

abstract: Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit liegt auf dem Gebiet der organischen Elektronik, welches zunehmendes Interesse fur die Entwicklung von flexiblen, grosflachigen und kostengunstigen elektronischen Anwendungen hat, zum Beispiel fur die Entwicklung von organischen Leuchtdioden, Dunnfilmtransistoren und Solarzellen. Die vorliegende Arbeit beschreibt zunachst, die Anwendung von elektronischer Niederfrequenz Rauschspektroskopie zur Charakterisierung von organischen elektronischen Bauelementen als innovative und zerstorungsfreie Messmethode. Insbesondere die, durch Temperatur Stress bedingte, Modifizierung der elektronischen Transportparameter der nicht beleuchteten Bulk Heterojunction Polymer Solarzelle wird im Detail diskutiert. Bei der untersuchten organischen Solarzelle handelt es sich um eine Solarzelle, in welcher die aktive Schicht aus einer Mischung von Poly (3 hexylthiophen) (P3HT) und [6,6] phenyl C61 buttersaure methylester (PCBM) besteht. Dies ist die klassische Referenzstruktur fur Polymer Solarzellen. Vor der irreversiblen Anderung der aktiven Schicht kann die Solarzelle bei niedrigen Frequenzen als Parallelschaltung zwischen einem zeitlich fluktuirendem Widerstands RX(t) und einer Kapazitat CX modelliert werden. Die unter Gleichvorspannung injizierten Ladungstrager in der aktiven Schicht andern die aquivalente elektrische Impedanz verandert damit auch die Rauschspektren. Die experimentelle Spektralkurve kann mittels eines theoretischen Modells auf der Basis der Kapazitat Cm, die durch die berschuss Minoritatsladungstrager in der aktiven Schicht bestimmt wird, und des Widerstands Rrec interpretiert werden. Das gemessene elektrische Rauschen hat eine 1/f Charakteristik bis zu einer Grenzfrequenz fx. Fur hohere Frequenzen wird eine eine 1/f3 Abhangigkeit beobachtet. Die Analyse des Wertes von fx gibt Informationen uber die Rekombinationslebensdauer der Elektronen in der aktiven Schicht, wahrend die Spannungsabhangigkeit von C Informationen uber die Zustandsdichte fur das niedrigste unbesetzte Molekulorbital (LUMO) im PCBM Material ermoeglicht. Des Weiteren wurde die Niederfrequenz Rauschspektroskopie verwendet, um Anderungen der aktiven Schicht der Polymer Solarzelle durch thermische Belastung zu untersuchen. Die Temperatur wurde als eine der externen Parameter, die die Solarzellendegradation beschleunigen, identifiziert. Die VII Analyse des elektrischen Rauschens bei niedrigen Frequenzen ergibt eine deutliche Abnahme der Ladungstragernullfeldbeweglichkeit wahrend eines Temper Zyklus. Dieser Effekt wurde auf morphologischen Veranderungen der aktiven Schicht der Solarzelle und der Grenzflache zwischen dem Metallkontakt und der aktiven Schicht zuruckgefuhrt. Auserdem wurde der Einflus der Verwendung verschiedener Losungsmittelzusatze wahrend des Filmherstellung auf die elektronischen Transportparameter in den Solarzellen mittels Rausch Spektroskopie untersucht, und durch einen ausfuhrlicher Vergleich der optoelektronischen Eigenschaften von Solarzellen, welche mit verschiedenen Losungsmitteln hergestellt worden sind, erganzt. Einerseits ist eine auf P3HT/PCBM basierende Bulk Heterojunction Solarzelle einer der prominentesten Kandidaten fur eine Polymer Solarzelle, aber auf der anderen Seite, wird ihre Umwandlungseffizienz durch relative niedrige Photonenabsorption im langwelligen Spektralbereich begrenzt. Eine Moglichkeit, den Wirkungsgrad zu erhohen, ist die Absorption in der aktiven Schicht durch Zugabe von Materialien, die Licht im roten und infraroten Spektralbereich absorbieren, zu erhohen. Eine der vielversprechendsten Materialklassen fur diese Aufgabe sind anorganische Quantenpunkte (QD) In der vorliegenden Studie wurden InP/ZnS Quantenpunkte mit einem Emissionswellenlangenmaximum von etwa 660 nm zu diesem Zweck untersucht. Diese wurden mit mehrwandigen Kohlenstoff Nanorohren kombiniert, um die Ladungstragertrennung zu begunstigen und die laterale Leitfahigkeit der organischen Filme zu verbessern. Die Nanoteilchen wurden durch Spin coating zusammen mit einer nicht leitenden Matrix Polymer Losung (PMMA) auf Glas und Silizium Substrate aufgebracht, um die Wechselwirkung zwischen den Quantenpunkten und der Kohlenstoff Nanorohren und deren elektrische Leitfahigkeit unabhangig vom zukunftigen Wirtsmaterial in der Polymer Solarzelle zu untersuchen. Die QDKonzentration wurde dabei konstant gehalten und die Konzentration der CNTs in dem abgeschiedenen Film variiert. Die Charakterisierung der Filmmorphologie durch Rasterelektronenmikroskopie und der optischen Eigenschaften mittels Photolumineszenz und Transmissionsmessungen zeigten ein ziemlich komplexes Zusammenspiel zwischen Nanorohren und Quantenpunkten. Insbesondere wurde eine starke Neigung der Nanorohren festgestellt, sich im Falle hoher Konzentrationen von CNTs in Kugelform anzuordnen. Messungen der elektrischen Leitfahigkeit in Sandwich Konfiguration wurden durchgefuhrt, um den Grad der Zunahme der Leitfahigkeit der Probe durch die Nanorohren zu uberprufen. Im Falle der Messungen VIII in Sandwichkonfiguration, wobei die PMMA/CNT Filme direkt auf einem kristallinen Siliziumsubstrat abgeschieden wurden, zeigte die Bildung einer Art von Schottky Diode mit einer monotone Abnahme der Schwellspannung in Vorwartsrichtung mit zunehmender CNT Konzentration. Daruber hinaus ist die Abnahme der Lichtdurchlassigkeit der leitenden Duennschichten mit steigender CNT Konzentration weniger ausgepragt, wenn Quantenpunkte hinzugegeben wurden. Die optische Durchlassigkeit in einem Wellenlangenbereich zwischen 380 nm und 800 nm der Verbundstoffe aus PMMA und Nanopartikeln konnte empirisch als einfaches Polynom zweiter Ordnung ausgedruckt werden. Im vorletzten Teil der Arbeit, wird die Synthese und die Charakterisierung mittels Struktur und thermischer Analyse, sowie Infrarot Spektroskopie von einer neuen Art von "kleinen Molekulen" untersucht. Diese, "Zn (OC)2" genannten Molekule, wurden von Kollegen der Universitat Salerno synthetisiert. Strom Spannungs Messungen von Ag/ Zn(OC)2/p Si und Ag/Zn(OC)2/n Si Heterodioden wurden durchgefuhrt und mit Messungen an Referenzstrukturen mit den gleichen Metallkontakten, jedoch ohne die Einfugung der organischen Schicht, verglichen. Gutes Gleichrichtungsverhalten wurde fur beide Typen von Heterodioden mit der organischen Schicht, unabhangig von dem Siliziumsubstrat Dotierungstyp beobachtet. Dies bestatigt, dass die organische Schicht sowohl als als Elektronen als auch als Locherleiter verwendet werden kann. Die Zn(OC)2 Komplexe zeigten starke blaue Photolumineszenz in Losung und im Film.
author_names: Giovanni Landi
title: Organic semiconductor material and device characterization by low frequency noise and admittance spectroscopy of polymer: fullerene solar cells and silicon/organic thin film heterodiodes
year: 2015

author_names: Paul Isaac Hagouel
title: Semiconductor material and device characterization [Book Review]
venue: IEEE Circuits and Devices Magazine
year: 1999

abstract: In this work, the electrical properties of Metal Insulator Semiconductor devices with graphene intercalated between the HfO2 dielectric and the gate electrode were studied at the nanometer scale (with a Conductive Atomic Force Microscope) and at device level. Their feasibility as ReRAM devices was also evaluated. At device level, when graphene is used as an interfacial layer, several resistive switching cycles were observed, meanwhile the standard structures without graphene did not show resistive switching behavior. Nanoscale analysis have shown that graphene avoids the complete microstructural damage of the oxide material during the forming process, demonstrating the protective role of the intercalated graphene layer in ReRAM structures.
author_names: S Claramunt

A Ruiz

Q Wu

Marc Porti

Montserrat Nafria

Xavier Aymerich
title: MIS structures with interfacial graphene for ReRAM applications: a nanoscale and device level characterization
venue: 2020 Joint International EUROSOI Workshop and International Conference on Ultimate Integration on Silicon (EUROSOI ULIS)
year: 2020