4) Режим наведенного тока

Режим наведенного тока в растровом электронном микроскопе (РЭМ НТ) успешно используется для выявления структурных дефектов (дефектов упаковки, дислокаций, областей сегрегации примесей и др.) в полупроводниках и диэлектриках. С помощью РЭМ НТ удается определить скорость рекомбинации и диффузионную длину вблизи рекомбинационного центра в структурах, содержащих p-n-переход или диод Шоттки

С

Рис.16. Формирование контраста в режиме наведенного тока: а - сканирование p - n-перехода (1 - электронный луч; 2 - область генерации электронно-дырочных пар; 3 - область повышенной скорости рекомбинации); б - сигнал на выходе усилителя РЭМ при сканировании луча вдоль x; в - дифференциальный сигнал

уть метода заключается в следующем. Образец включается в электрическую цепь с источником напряжения и последовательным сопротивлением. Под действием электронного луча в полупроводнике генерируются избыточные носители. В поле p-n-перехода эти носители разделяются, что обуславливает изменение тока во внешней цепи при сканировании поверхности электронным лучом (рис.16,а). После усиления сигнал, пропорциональный току, подается на ЭЛТ. Наличие рекомбинационного центра вблизи p-n-перехода уменьшает сигнал, так как носители успевают прорекомбини-ровать, не достигнув p-n-перехода. Исследуя координатную зависимость величины сигнала, удается измерить диффузионную длину и время жизни носителей, определяемые действием этого центра.

Пространственное разрешение метода при определении положения p-n-перехода ограничивается длиной диффузии электронно-дырочных пар. Дифференцирование сигнала позволяет уменьшить размытие границы p-n-перехода на экране ЭЛТ (рис.16,в). Однако минимальная ширина границы не может быть меньше ширины ОПЗ p-n-перехода. Таким образом, в режиме наведенного тока можно наблюдать положения границ p-n-перехода или области, где существует внутреннее электрическое поле и рекомбинационные центры.

На рис.17 представлены микрофотографии поверхности образца, содержащего p-n-переход, в режиме РЭМ НТ.

На рис.17,а очевидно искажение границы p-n-перехода. На рис.17,б наблюдается область локального пробоя p-n-перехода. Умножение носителей при пробое приводит к увеличению тока, модулирующего сигнал, и появлению светлого пятна. При попадании луча в область рекомбинационного дефекта часть носителей рекомбинирует, не достигнув границы p-n-перехода, и ток во внешней цепи уменьшается (см. рис.17,б).

На изображении эта область будет выглядеть более темной, чем соседние. Распределение дефектов по глубине исследуют, изменяя глубину проникновения первичных электронов, которая зависит от энергии электронов. Вблизи дефектов в диэлектрических пленках существует повышенная напряженность электрического поля, что вызывает рост туннельного тока и изменение контраста изображения.

При исследовании структур методом РЭМ могут быть внесены загрязнения за счет полимеризации углеводородов при воздействии электронного луча на поверхность, несмотря на поддержание вакуума в камере на уровне 1·10^–4 Па. Кроме того, возникают радиационные повреждения в окисле, обуславливающие появление положительного заряда и поверхностных состояний на границе Si - SiO₂.

При измерении диэлектрических слоев методом РЭМ на поверхности возникает отрицательный заряд, если выход вторичных электронов больше единицы. Это приводит к искажению траектории первичного пучка и ухудшению изображения. Для устранения этого эффекта используют первичные пучки малой энергии. Другим способом предотвращения появления заряда на поверхности образца является нанесение заземленного слоя металлизации толщиной около10 нм.

Основные характеристики РЭМ.

Ускоряющее напряжение, В	(0.1 – 10.0)·104
Разрешающая способность, нм	2 - 13
Глубина выхода вторичных электронов, нм	0,2 - 3
Увеличение, крат	1·102 - 1·104