第一章 緒論
1.2 量測方法
1.2.1 漏電流量測
二極體順偏特性可以用方程式(1)表示:
Jr = Js (eqV/nkT-1) …… (1)
其中V 是外加偏壓，kT/q=0.026，n 是理想因子。在順向偏壓下，
漏電流主要由兩部分組成，分別是從接面空乏區外的擴散電流，和 接面空乏區內的復合電流。理想因子的範圍是從1 到2 之間。若是1 則表示漏電流主要為擴散電流，若是2 則表示漏電流以產生復合電 流為主。
在一個逆向偏壓的接面而言，基本上所有可移動的電子與電洞都 被排除於空間電荷區之外。但實際上為了試圖重新建立熱平衡，電 子與電洞會經由陷阱能階而產生。也就是說，空乏區中會產生電子 與電洞，而且被電場快速移除而產生二極體中另外的電流成分。這 種產生過程的示意圖顯示於圖1-1 中。產生電流密度(generation current density)可用方程式(2)表示
2τ0
W
Jgen = eni ……(2)
其中τ 0 為一平均載子生命期，W 為空乏區寬度。因此，逆向偏 壓的總電流密度為逆向飽和電流密度與產生電流密度的總和。其電 流電壓關係可用方程式(3)表示
JR = Js + Jgen……(3)
逆向飽和電流密度是與逆向偏壓電壓無關的。但Jgen 則是空乏區寬 度W 的函數，而W 則是逆向偏壓電壓的函數。因此實際逆向偏壓 電與逆向偏壓電壓有關。
接面漏電流與溫度相關的理論已經發展完全。若以逆向漏電流密
度在固定逆向偏壓的情形下與溫度作圖，可以得知逆向漏電流密度 是由空乏區外的擴散電流或是空乏區內的產生-復合中心所組成。如 果逆向漏電流密度主要是由擴散電流為主，則逆向漏電流密度可由 方程式(4)表示:
Jr α T(3+r/2) exp(-Eg/kT) …… (4)
其中Eg(eV)是矽的等效能隙，k 是波茲曼常數，T 是絕對溫度，
r 是小於1 的值，在這裡忽略不計。如果逆向漏電流密度主要是由 產生電流為主，則逆向漏電流密度可由方程式(5)表示:
Jr α T3/2V1/2 exp(-Er/kT) …… (5)
在這裡V 是指逆向偏壓，Er(eV)是產生-復合中心的能階。在一 個理想的二極體，漏電流的產生是由於擴散電流正比於本質載子濃 度的平方，在能隙的活化能約為1.1eV 。如果二極體的漏電流主要 是由於產生-復合電流則活化能約在Eg/2 ，因為這些能階的等效產生 -復合中心靠近矽的半能隙。根據溫度與接面漏電流的理論，逆向偏 壓電流主要是由擴散電流與產生電流所組成。
提升鍺P+/N接面二極體漏電流的影響，可以藉由不同面積的二極 體之周長與面積的比值(P/A)求得。經由逆向漏電流密度和周長與面 積的比值作圖，可得到組成漏電流的二個部分，一個是面積漏電流，
另一個是邊緣漏電流，可由方程式(6)表示:
Jr = Ja + (P/A)*Jp …… (6)
其中A(cm2)是指二極體的面積，而P(cm)是指二極體的周長，斜
率Jp極為周長漏電流密度，直線內插到Y軸(漏電流密度)的數值為面 積漏電流密度。
1.2.2 SIMS量測
二次離子質譜儀(SIMS)是將具有足夠能量的一次離子（primary
ions）撞擊到試樣的表面，經與固體作用後，然後將表面的原子或分 子撞擊出來，呈離子狀態的二次離子（secondary ions），收集至質譜
儀 （mass spectrometer），經質譜之分析，而達到試品表面成份元素
之定性及定量分析之研究。另外，由於一次入射離子可以適當的聚焦 至徵小點，並且可掃描試片表面，因此方可利用SIMS作顯徵影像分 析之觀察。具有高靈敏度的雜質偵測能力，幾乎對所有元素的偵測極 限可達百萬分之一原子密度(ppma)，對於部份元素的偵測極限甚至可 達十億分之一原子密度(ppba)的優越分析能力，而被廣泛的應用於材 料分析上，在微電子元件的發展上更扮演了不可或缺的角色