導納頻譜量測與分析

4.3-1 導納頻譜量測的基礎理論

導納頻譜分析(Admittance Spectroscopy)並不是一個新的缺陷量測方 法，與深層能階暫態頻譜系統相同，早在 70 年代這技己經被發表，並廣 為運用在缺陷分析上。

導納頻譜分析具有下列優點：

1. 非常淺或者反應非常快的缺陷能階也能被分析出來。

2. 在量測過程中由於元件仍然維持在準平衡狀態下，因此在能帶、位能 障或其他參數的計算上仍可用準平衡下的近似條件。

3. 利用小訊號調變，因此元件對漏電流具有較高的容忍能力。

4. 具有頻譜分析的特性，即量測過程中一個峰值對應一個缺陷能階，峰 值高度則對應到缺陷的濃度高低。

導納頻譜分析是在準平衡(quasi-equilibrium)條件下，利用小訊號調變

量測的元件，而且與 DLTS 一樣具有頻譜性(spectroscopic)，即一個 peak 率的變化關係曲線，其頻率以log(ω)做圖，則曲線的反曲線即為log(2en)。

故ω=2en此點即為曲線的反曲點。

從(4.10)式得知，當量測頻率等於 2en時，G(ω)/ ω會是最大值C0/2。所 以藉由量測不同溫度下電容對頻率或是G(ω)/ ω對頻率的關係，就可以求出 缺陷在不同溫度下的emission rate，再依此求出缺陷的活化能(activation energy)與捕獲截面積(cross section)。

(2)串聯電阻對導納量測的影響

因此，其導納為： (4.13)、(4.14)式為 RC 時間常數的效應，如果將缺陷對導納影響(4.10)、(4.11) 式與串聯電阻對導納的影響式(4.13)、(4.14)相互比較，可以發現這兩組方 自quantum emission 或缺陷。而當頻率大於 4MHz 時，電容值會快速上升，

這是由於量測機台(HP4194)在高頻所產生的電感效應所造成的。C-F 變化 的真正原因可由高低頻C-V 量測曲線圖得知，如圖 4-19~4-21 所示，從圖

4-20~4-21 可看出 2.2ML 及 2.8ML 在高低頻量測時，整條電容曲線會往下 平移，但2ML 並沒有此種現象，先看圖 4-20，以-1V 為例，所對應到的高 低頻電容分別為227.5pF 和 263.3pF，再與圖 4-17(a) 對照，以-1V 的曲線 為例，所對應到的高低頻電容分別為 227.3pF 和 263.6pF，跟高低頻 C-V 曲線圖所得到的值幾乎相同。再來看圖4-21，也是以-1V 為例，所對應到 的高低頻電容分別是225.3pF 和 249.8pF，再與圖 4-18(a) 對照，一樣以-1V 的曲線為例，所找到的高低頻電容分別是231.2pF 和 250.3pF，兩者的電容 值也是很接近，因此我們推斷C-F 所量測到的訊號應該來自於 C-V 平台，

是否平移所造成的時間常數。

圖4-22(a)(b)~4-24(a)(b)，為三片樣品在溫度為 85K 下不同偏壓的 C-F 曲線圖與G/F-F 曲線圖，由圖中可知，有類似室溫下所量測到的結果，但 是2ML 在 85K 有量測到載子放射出來的訊號，再對照三片樣品在 85K 之 高低頻C-V 量測曲線圖（圖 4-25~4-27），三片樣品還是會因為高頻的量測，

整條電容曲線往下平移。所以經由室溫及溫度85K 的量測，更加可以確定 C-F 及 G/F-F 所量測到的時間常數，為 C-V 曲線因為高頻而整個往下平移 的時間常數。

我 們 試 著 從 變 溫 C-F 量 測 去 估 計 活 化 能 的 大 小 ， 可 是 從 圖 4-28(a)(b)~4-30(a)(b)可以發現反曲點頻率或 peak 所對應頻率，並不會隨著 溫度的改變而有變化，因此無法求出造成C-V 曲線整條平移的活化能的大 小。

由C-F 量測，發現三片樣品並沒有量到 quantum emission 或淺的缺陷 能階訊號，而只有量到造成C-V 曲線平移的時間常數，這個時間常數的特 性為均勻存在於每個偏壓，且位置並不會隨著偏壓而移動，還有不會隨溫 度變動而有變化，故無法求出其活化能大小，造成此時間常數的原因，我 們推測是製程所造成的，我們相信在做製程時小心點，應該可把這額外的 時間常數移除掉。