Corriente inducida por haz de electrones

La corriente inducida por haz de electrones (EBIC) es una técnica de análisis de semiconductores que se realiza en un microscopio electrónico de barrido (SEM) o un microscopio electrónico de transmisión de barrido (STEM). Se utiliza con mayor frecuencia para identificar uniones enterradas o defectos en semiconductores, o para examinar las propiedades de los portadores minoritarios. La EBIC es similar a la catodoluminiscencia en que depende de la creación de pares electrón-hueco en la muestra de semiconductor por el haz de electrones del microscopio. Esta técnica se utiliza en el análisis de fallas de semiconductores y en la física del estado sólido.

Si la muestra de semiconductor contiene un campo eléctrico interno, como el que se encuentra en la región de agotamiento en una unión p-n o una unión Schottky, los pares electrón-hueco se separarán por deriva debido al campo eléctrico. Si los lados p y n (o el contacto semiconductor y Schottky, en el caso de un dispositivo Schottky) están conectados a través de un picoamperímetro, fluirá una corriente.

El EBIC se entiende mejor por analogía: en una célula solar, los fotones de luz inciden sobre toda la célula, entregando así energía y creando pares de electrones y huecos, y provocando que fluya una corriente. En el EBIC, los electrones energéticos desempeñan el papel de los fotones, provocando que fluya la corriente EBIC. Sin embargo, debido a que el haz de electrones de un SEM o STEM es muy pequeño, se escanea a través de la muestra y las variaciones en el EBIC inducido se utilizan para mapear la actividad electrónica de la muestra.

Al utilizar la señal del picoamperímetro como señal de imagen, se forma una imagen EBIC en la pantalla del SEM o STEM. Cuando se toma una imagen de un dispositivo semiconductor en sección transversal, la región de agotamiento mostrará un contraste EBIC brillante. La forma del contraste se puede tratar matemáticamente para determinar las propiedades de los portadores minoritarios del semiconductor, como la longitud de difusión y la velocidad de recombinación superficial. A simple vista, las áreas con buena calidad de cristal mostrarán un contraste brillante y las áreas que contienen defectos mostrarán un contraste EBIC oscuro.

Como tal, el EBIC es una técnica de análisis de semiconductores útil para evaluar las propiedades de los portadores minoritarios y las poblaciones de defectos.

El EBIC se puede utilizar para investigar las uniones heterosubsuperficiales de los nanocables y las propiedades de los portadores minoritarios [1].

El EBIC también se ha extendido al estudio de defectos locales en aisladores. Por ejemplo, W.S. Lau (Lau Wai Shing) desarrolló la "corriente inducida por haz de electrones de óxido verdadero" en la década de 1990. Por lo tanto, además de la unión p-n o la unión Schottky, el EBIC también se puede aplicar a los diodos MOS. Se pueden distinguir los defectos locales en semiconductores y los defectos locales en el aislador. Existe un tipo de defecto que se origina en el sustrato de silicio y se extiende al aislador sobre el sustrato de silicio. (Consulte las referencias a continuación).

Recientemente, el EBIC se ha aplicado al dieléctrico de alta k utilizado en la tecnología CMOS avanzada.

Una técnica relacionada con EBIC STEM, llamada EBIC de emisión de electrones secundarios o SEEBIC, mide la corriente positiva producida por la emisión de electrones secundarios de una muestra [2]. La SEEBIC se demostró por primera vez en 2018, probablemente debido a su señal mucho más pequeña en comparación con el modo EBIC estándar (separación de pares electrón-hueco). El menor volumen de interacción de la generación de electrones secundarios en comparación con la producción de pares electrón-hueco hace que la SEEBIC sea accesible con una resolución espacial mucho mayor [3]. La señal de la SEEBIC es sensible a una serie de propiedades electrónicas y, sobre todo, es la única técnica de mapeo de conductividad eléctrica de alta resolución para el microscopio electrónico [4].

La mayoría de las imágenes EBIC adquiridas en el SEM son cualitativas y solo muestran la señal EBIC como contraste de visualización de la imagen. El uso de un generador de control de escaneo externo en el SEM y un sistema de adquisición de datos dedicado permiten realizar mediciones de subpicoamperios y pueden brindar resultados cuantitativos. Hay algunos sistemas disponibles comercialmente que hacen esto y brindan la capacidad de proporcionar imágenes funcionales mediante polarización y aplicación de voltajes de compuerta a dispositivos semiconductores.

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• Donolato, C. (1982). "En el análisis de mediciones de longitud de difusión por SEM". Electronics Solid-State. 25 (11). Elsevier BV: 1077–1081. Bibcode:1982SSEle..25.1077D. doi:10.1016/0038-1101(82)90144-7. ISSN 0038-1101.
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• Lau, W. S.; Chan, D. S. H.; Phang, J. C. H.; Chow, K. W.; Pey, K. S.; Lim, Y. P.; Sane, V.; Cronquist, B. (15 de enero de 1995). "Imágen cuantitativa de defectos locales en películas de dióxido de silicio muy finas a baja tensión de sesgo por verdadera corriente inducida por el óxido de electrones". Diario de Física Aplicada. 77 2). AIP Publishing: 739-746. Bibcode:1995JAP....77..739L. doi:10.1063/1.358994. ISSN 0021-8979.
• Lau, W. S.; Sane, V.; Pey, K. S.; Cronquist, B. (6 de noviembre de 1995). "Dos tipos de defectos locales de óxido/sustrato en películas de dióxido de silicio muy finas en silicio". Cartas Físicas Aplicadas. 67 (19). AIP Publishing: 2854–2856. Bibcode:1995ApPhL.67.2854L. doi:10.1063/1.114807. ISSN 0003-6951.
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• Chen, Guannan; McGuckin, Terrence; Hawley, Christopher J.; Gallo, Eric M.; Prete, Paola; Miccoli, Ilio; Lovergine, Nico; Spanier, Jonathan E. (29 de diciembre de 2014). "Imagen de subsuperficie del transporte de transportadores unidos en GaAs/AlGaAs Core–Shell Nanowires". Cartas Nano. 15 (1). American Chemical Society (ACS): 75–79. doi:10.1021/nl502995q. ISSN 1530-6984. PMID 25545191.