Caracterización dedispositivos y

circuitos electrónicos

Helena Castán LanaspaSalvador Dueñas Carazo

Héctor García García

Máster Universitariode Investigaciónen Tecnologías de laInformación y lasComunicaciones

Escuela Técnica Superior de Ingenieros deTelecomunicación

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Grupo de Investigación Reconocido

(GIR)Grupo de

Caracterización de Materiales y Dispositivos Electrónicos

Profesores:

Miembros del:

CONTENIDOS

I. IntroducciónII. Instrumentación electrónica para la caracterización de materiales, dispositivos y circuitos electrónicos.III. Técnicas de caracterización eléctrica de materiales, estructuras y dispositivos electrónicos.IV. Técnicas de análisis de la respuesta en frecuencia de dispositivos electrónicos.V. Técnicas de medida y extracción de parámetros de circuitos electrónicos.

Introducción: Líneas de investigación

Introducción: Líneas de investigación

• Investigación en el campo de la caracterización eléctrica de materiales y dispositivos electrónicos.

• Puesta a punto un conjunto de técnicas estándar basadas en el análisis de los mecanismos de conducción y de los parámetros eléctricos (capacidad, conductancia, etc.).

• Modificaciones de estas técnicas estándar para su aplicación a estructuras particulares.

• Desarrollo y Aplicación de técnicas originales y nuevas variantes y que resultan más precisas o más adecuadas en determinadas circunstancias.

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• Desarrollo de nuevas técnicas de caracterización eléctrica de dispositivos semiconductores: – Espectroscopía Óptica de Admitancia (OAS)– Espectroscopía Óptica de Niveles Profundos a Capacidad

Constante (CC-DLOS)– Técnica de Transitorios Capacidad-Tensión (CVTT)– Técnica de Transitorios de Conductancia (GTT)– Análisis de Impedancia en Radio Frecuencia (RFIA)– Técnica de Transitorios de Tensión de Banda Plana (VFB-t)

• Caracterización eléctrica y óptica de centros profundos en semiconductores.

• Caracterización de estados superficiales y defectos en el aislante en estructuras Metal-Aislante- Semiconductor.

• Estudio de nuevos materiales y procesos de fabricación en Microelectrónica:– Semiconductores:

• Silicio, GaAs, InP, AlGaAs, InGaAs, SiC, ZnO y otros.– Dieléctricos: Nitruro de silicio, Óxido de Tántalo, Óxido de

Titanio, Óxido de Hafnio, Óxido de Zirconio, y otros.

• Procesos tecnológicos: – Anodización, Sputtering convencional y de alta presión,

Deposición de Capas Atómicas (ALD) , Epitaxia de Haces Moleculares (MBE), Implantación Iónica, Etching …

• Estudio de dispositivos y técnicas avanzadas en Microelectrónica: – Módulos Multichip, Silicio sobre Zafiro (SOS), Transistores

de Alta Movilidad Electrónica (HEMT) de Nitruro de Galio (GaN).

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CVTT: Perfiles de dañado en uniones muy superficiales

G-t :Perfiles DIGS tridimensionalesVFB-t: Slow Traps

CV, ADMITANCIA y DLTS:Estados superficiales en la interface

RFIA: Caracterización en Alta Frecuencia

Sinopsis de Técnicas Experimentales

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• Estudio de dieléctricos de alta permitividad que puedan sustituir al óxido de silicio en las futuras generaciones de circuitos integrados. – Dieléctricos fabricados mediante la técnica de

Deposición de capas atómicas (ALD, “Atomic Layer Deposition”) y Sputtering Reactivo de Alta Presión (HPRS).

• Caracterización de Células Solares de Silicio Policristalino (en colaboración con varias empresas: D.C. Wafers – Cenit Solar – Yokon Solar …)

Líneas de investigación actuales

Dieléctricos de alta permitividad: “High-K”

H

r

Aspect ratio, AR = 2r/H

DRAM cells:

The alternative: High-K Dielectrics

The alternative: High-K Dielectrics

ox

0OX d

kC

High permittivityWide band-gapHigh band barriers to avoid tunnelingLow density of electrically active defectsThermodynamic stability Film morphology Interface qualityCompatibility with the current or expected materials to be used in processing for CMOS devicesProcess compatibility, and Reliability

High-K dielectrics requirementsHigh-K dielectrics requirements

Important drawbacks:

As higher K as lower EG and band offsets

Important drawbacks:

As higher K as lower EG and band offsets

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Líneas de investigación actuales: Células Solares

Células Solares: Principios básicos

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Solar Energy Spectrum

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Eficiencia de células solares

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Eficiencia de células solares

Eficiencia de células solares

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Técnicas de Caracterización utilizadas en el Laboratorio de Caracterización

Técnicas de Caracterización utilizadas en el Laboratorio de Caracterización

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Técnicas de Análisis de Respuesta en Frecuencia de Dispositivos ElectrónicosTécnicas de Análisis de Respuesta en

Frecuencia de Dispositivos Electrónicos

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•Líneas de transmisión•Líneas Microstrip •Métodos de ánalisis de Circuitos

• La Carta de Schmith•Analizadores de Parámetros S•Analizadores Vectoriales

•Acoplamiento de Impedancias (Impedance Matching•Dispositivos de Semiconductores de Alta Frecuencia •Circuitos Milimétricos

Técnicas de medida y extracción de parámetros de circuitos electrónicos Técnicas de medida y extracción de

parámetros de circuitos electrónicos

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• Diodo de unión•Modelos de gran y pequeña señal• Modelos SPICE

•Transistor bipolar•Modelos de Ebers-Moll y Gummel•Modelos SPICE

• Transistor MOSFET• Circuito equivalente de pequeña señal•Modelos SPICE 1, 2 y 3. •Modelos BSIM

• Técnicas de medida de parámetros de transistores BJT• Técnicas de medida de parámetros de transistories MOS