研究目的
利用光谱光子发射这一无损、非接触的方法来表征p型FinFET中的工程化带隙。
研究成果
光谱光子发射技术成功地对工作状态下晶体管器件中的工程化带隙进行了无损表征。该技术在硅MOSFET（带隙约1.1电子伏特）、SiGe:C异质结双极型晶体管（带隙约0.93电子伏特，对应约23%的锗含量）上得到验证，并应用于p型鳍式场效应晶体管（带隙0.84电子伏特，对应Si0.7Ge0.3）。这种方法能够对带隙工程进行定量局部测定，有助于集成电路调试和失效分析中的非接触式故障隔离，尽管可能存在应变或带隙变窄的潜在干扰。
研究不足
InGaAs探测器噪声较高且需要冷却，积分时间被限制在约100秒。光谱光子发射测量的强度和信噪比较低。应变或带隙变窄（10-50 meV范围）等附加效应未被完全考虑，且基于当前结果无法进行实际误差计算。该技术若无额外峰位，无法区分作为应力源或沟道材料的SiGe，且可能存在未考虑的其他SiGe集成方式。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用光谱光子发射（SPE）技术测量晶体管中正向偏置p-n结的发射光谱。通过施加体偏压诱导源/漏极与体区二极管产生寄生正向导通。该方法先在硅基MOSFET和SiGe:C HBT上验证，再应用于p型FinFET器件。
2：样品选择与数据来源：
测试器件包括英飞凌科技公司120nm工艺的n型MOSFET、IHP公司
3：25μm BiCMOS工艺的SiGe:
C HBT以及14/16nm工艺的p型FinFET。样品经键合减薄至约70μm以实现背面测量。
4：实验设备与材料清单：
配备-70℃冷却InGaAs探测器的滨松Phemos 1000系统；20倍、50倍物镜及硅浸没透镜；用于光谱测量的棱镜；HP 4145半导体参数分析仪（施加监测电压）；约1900K的黑体校准光源。
5：0倍、50倍物镜及硅浸没透镜；用于光谱测量的棱镜；HP 4145半导体参数分析仪（施加监测电压）；约1900K的黑体校准光源。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：对器件施加偏压使p-n结正向导通，使用Phemos 1000配合InGaAs探测器进行背面光子发射测量。光谱测量通过棱镜分光提取发射谱线，并采用黑体光源校准。
6：数据分析方法：
分析发射光谱中的强度峰以确定对应带隙能量，利用给定公式计算SiGe混合材料的带隙值，最终将结果与材料组分预期值进行比对。
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Phemos 1000
1000
Hamamatsu
Used for photon emission measurements, including spectral analysis with an InGaAs detector.
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InGaAs detector
Hamamatsu
Detects photon emission in the near-infrared range for bandgap characterization.
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HP 4145 semiconductor parameter analyzer
4145
HP
Applies voltages to transistors and monitors device response during experiments.
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Objective lenses
20x, 50x, SIL
Provide magnification for optical measurements; SIL (silicon immersion lens) enhances resolution.
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Prism
Used in spectral photon emission measurements to disperse light and extract emission spectra.
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Black body calibration light source
Calibrates the measurement setup for accuracy, emitting light at ~1900 K color temperature.
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