遵循摩尔定律的材料表征方法

不断探索先进的磁性和半导体材料是必不可少的，以满足日益增长的需求，更高的性能，更低的功耗和更好的带宽。欧洲杯足球竞彩

表征材料的输运特性是这类研究工作的出发点。I-V和C-V技术最初用于评估基本电性能，包括电导率和阻抗。在此之后，更复杂的分析，如霍尔效应测量，以确定传输特性，如载流子类型，迁移率和浓度。

x射线、拉曼光谱、紫外光谱和太赫兹光谱技术的使用，可以获得关于材料性质的更多细节。由于在室温下进行的简单台式测量值有限，因此有必要测量材料在大范围温度下的响应，以从这些早期表征技术中获得最深刻的见解。

还需要改变样品所观察到的磁场的能力来表征具有多种载流子类型的材料或探索磁输运特性。

低温与材料特性

关键洞察基本导电机制可以当一个新的半导体材料的特征在于跨越一定范围的温度来获得。在材料中热活化载体变得固定在最低低温温度，从而能够以显示材料的固有电子传输性质。

的装置的性能将当载流子被缺陷的材料的晶格结构被困受到负面影响。研究人员可以在低温下观察材料的运输特点，洞察俘获电荷集中，移动和位置。

在超导材料中，温度对导电性能的影响更为明显。欧洲杯足球竞彩由于温度效应，一些磁性材料，包括铁磁纳米颗粒，可以观察到磁化位移。欧洲杯足球竞彩欧洲杯猜球平台

多功能低温探测站

不同的低温研究平台可进行变温度研究。其中一些提供集成磁铁。图1所示的低温探头站是最通用的系统，在一个容易接近的环境舱中提供所需的可变温度和磁场控制。该腔室可支持单个切块样品，最多可支持完整的晶圆。

图1所示。低温探测站(湖滨低温电子学模型CRX- VF)。

根据这一要求，可以进行着陆和重新定位micro-manipulated探针从而实现了前所未有的测量灵活性(图2)。对于较小的切片样品，消除了繁琐的丝粘接，进而消除了任何潜在的样品损坏。

图2。用于晶体管测量的三端直流探测配置。

在低温探测站中，研究人员必须通过将所需设备连接到探测臂来手动进行分析。2020欧洲杯下注官网最近，一些关键的探针站供应商已经开始提供可选的测量包，可以执行高度复杂的表征，如霍尔效应测量。

这些套件具有探测站固有的灵活性，便于进行广泛的测量，并通过自动化某些测量协议和集成分析工具来精确测定所需材料参数，从而实现交钥匙系统节省时间的优点。

非破坏性晶圆级探测

无论是确定基本材料性质转变还是早期器件发展，都是理想的使用低温探针台用于器件性能表征。考虑到构建器件结构需要高水平的实验室工作，为了保持晶圆的完整性，表征过程变得越来越重要。对迁移率和电导率等性能的中间检查在器件的开发中也很有用。

然而，由于低温探测站的非破坏性探测能力，这些晶片规模的评估可以方便地进行。对于霍尔结构测量，测试结构的尺寸可以从几十微米到几十毫米不等。

此外，由于样品室的真空环境，活性材料表面和精致的有机材料不会受到湿气或大气的污染。欧洲杯足球竞彩探针站平台能够集成负载锁定结构，甚至直接与沉积系统，使系统更加通用。

垂直磁场探针站和复杂的迁移率分析软件工具的组合，有助于通过分离每个载流子的迁移率谱来分析多层或多载流子半导体霍尔样品。单个载体的识别允许用户在生长过程中纠正不必要的污染物，证实掺杂有效性，并在不同的生产阶段进行质量控制。

例如:phemt的低温探测

器件的几何形状和材料特性之间复杂的相互作用使得假晶高电子迁移晶体管(pHEMT)器件容易发生断态故障，限制了器件的最大功率处理能力。

对于具有独特温度依赖性的击穿，提出了不同的物理机制，从而能够区分在特定设备架构中占主导地位的机制。在射频应用中使用的GaAs phemt要经受可变温度和晶片上传输测量。

图3显示了在固定源栅电压下，随温度变化的栅极电流中观察到的三种不同的栅极泄漏机制。在210K以上，栅极电流变得非单调的温度依赖性，表明热离子场发射机制。

当温度小于150K时，栅极电流变得依赖于源栅极电压，但不依赖于温度，这表明隧穿输运在势垒导电上占主导地位。在150到210K之间观察到的栅电流的温度依赖性表明了一种中间击穿机制，最有可能是缺陷辅助隧穿。

图3。传输曲线测量过程中温度依赖的pHEMT栅电流(V_DS= 3 V)。

连续波太赫兹

太赫兹或太赫兹(THz)，通常在300-3000GHz范围内，是被探测最少的电磁频谱。由于太赫兹频率能级符合大多数磁性和半导体材料的固有共振特性，因此可以更巧妙地激发和揭示导电和自旋特性。欧洲杯足球竞彩

Terahertz-frequency光谱学作为一种表征特殊材料特性的首选技术，正受到越来越多的关注。这种非破坏性的准光学方法适用于探索某些超薄薄膜、块状半导体和埋在器件前级异质结构中的薄膜的电导率。

太赫兹光谱仪可在传统时域(TDS)和下一代频域(连续波或CW)版本。与TDS相比，先进的连续波系统在分辨率和成本方面都具有优势，另外的优势是允许在感兴趣的窄频带或单一“停留”频率下进行材料分析。

的物理和化学材料分析的要求可以用室温太赫兹光谱来满足。欧洲杯足球竞彩然而，可变区（低温）的温度和字段所需的磁性元件和电子元件的分析。

信号功率通常是太赫兹光谱学中需要考虑的挑战。因此，对准源和检测器的混合光变得至关重要，引入多个中间表面是不可行的。特殊的低温稳定微型CW-THz混合剂的开发可以通过直接引入高场低温恒温器来解决这个问题，如图4所示。

图4。用于半导体材料表征的连续波-太赫兹光谱系统发射极和探测器装置欧洲杯足球竞彩

样品在作为背景参考的太赫兹光束中反复进出的过程由自动化的样品级负责处理，从而能够在每个所需的温度和现场步骤下记录样品传输测量。除了幅值谱外，还得到了样品相应的相位响应并绘制了图。这些相关联的相位信息对于确定输运特性和其他特性非常重要。

CW-太赫兹磁谱

几个光谱技术被用来探索新的增长的方法和材料，例如UV-VIS到洞察带隙和X射线探索的结晶结构。欧洲杯足球竞彩一种新的材料的各种特征，如在复合氧化物系统的半导体的依赖于频率的复电导率结构，磁性和电荷之间的相互作用，或者，可以用太赫兹表征加以探讨。

从获得的透射光谱中数值提取半导体的复值折射率是确定其电导率的第一步。应用适合折射率的德鲁德模型可以评估大多数材料的载流子浓度、平均载流子散射时间和迁移率。欧洲杯足球竞彩

高迁移率半导体的回旋共振(CR)可以通过测量其太赫兹响应作为磁场的函数来绘制。频带质量和载流子类型可以准确地确定从CR的线宽和谐振频率。

太赫兹磁光谱学可以帮助确定迁移率和载流子类型，甚至在由较大频带质量载流子组成的低迁移率半导体，CR可能不在太赫兹范围内。磁场的强度和方向会影响CW-THz波的某些极化的电子和空穴的特性(图5)。研究人员正在开发算法，用于从场强相关的CW-THz测量中提取迁移率。

图5。掺b硅衬底的场依赖太赫兹谱

结论

电子和磁性技术的研究在高性能计算和通信组件的制造中具有重要的作用。具有可变低温和磁场环境的非破坏性表征系统是探索新型磁性和电子材料的理想选择。欧洲杯足球竞彩

CW-THz表征系统能够与各种重要物理现象的固有共振一致，使它们成为探索新材料新特性的潜在工具。欧洲杯足球竞彩

这些信息来源于Lake Shore Cryotronics Inc.提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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