激光

圖1 濱松自研的用于EMMI定位的CCD相機 C13896-01

在技術革新和能源效率、小型化、可靠性需求的推動下，新型功率半導體材料與器件技術正成為研究的前沿。硅(Si)和鍺(Ge)作為早期半導體材料的代表，尤其是硅基IGBT和MOSFET功率半導體器件，已在全球范圍內取得了顯著成就。然而隨著新能源技術的蓬勃發展，第三代半導體材料——碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)——在國內引起了廣泛關注。眾多企業正積極布局第三代半導體生產線。這些新材料以其卓越的擊穿電場強度、熱導率和耐高溫特性，使得基于SiC的功率器件能在更高的電壓和更大的功率密度下工作，同時實現更低能耗和更緊湊的體積。為了滿足市場對第三代半導體失效分析的需求，濱松憑借其技術優勢和豐富的應用經驗，整合內部資源，推出了專門針對SiC半導體器件的失效定位解決方案。

針對SiC特性的解決方案—CCD相機

SiC以其較寬的禁帶寬度而聞名，這在半導體材料中至關重要。禁帶指的是導帶和價帶之間的能量間隙，這個間隙越大，電子躍遷所需的能量就越高。因此，在面對需要高電壓如幾百甚至上千伏的應用場景時，SiC因其出色的電學特性而比Si更受青睞。這種材料的特性使其在高壓環境下展現出卓越的性能和穩定性。

半導體發光時，光的峰值波長 與發光區域的半導體材料禁帶寬度之間的關系可以表示為：

?為普朗克常量，c為光速

不難看出，禁帶寬度越大，發光波長越短。

圖2 不同相機的靈敏度及SiC的發光波長范圍

Si的禁帶寬度大約為1.12 eV，SiC即使受不同的晶體結構影響，其禁帶寬度也達到了2.3-3.2 eV。經過簡單換算，Si材料的發光波長在1100 nm左右，SiC材料的發光波長380-550 nm左右。過去用于EMMI的相機常為InGaAs相機，其量子效率最高的波段(通常為900-1550 nm)可以很輕松地捕捉到來自Si材料的微光信號。但由于SiC的發光波長變短，傳統的InGaAs相機變得有些吃力，難以捕捉到SiC的微光信號。因此，根據樣品的發光波段來選擇合適的EMMI相機是非常重要的，濱松采用自研高靈敏度科研級CCD相機來捕捉來自SiC的微弱光信號。

CCD相機在400 nm-1050 nm波段的量子效率更高(如圖1)，可以更好地捕捉來自SiC材料的微光，進行失效定位。

針對SiC特性的解決方案—VIS OBIRCH & HV Current head

OBIRCH的原理用一句話來介紹，即“激光逐點掃描加熱樣品造成電路材料電阻瞬時變化，實時測量因電阻變化引發的電流(電壓)變化"。影響OBIRCH定位結果的因素有，“樣品加得夠不夠熱“以及”電流/電壓測得準不準“。前者影響信號變化是不是足夠明顯，后者影響探測信號變化的靈敏度是不是足夠高。

圖3 Si及SiC材料的光譜透射率

過去對Si材料進行OBIRCH分析時，通常采用波長為1300 nm的近紅外激光(IR)。近紅外激光可以更好地透入Si材料(如圖3)，對器件內部深處進行加熱，從而獲得理想的信號。

而我們看到的SiC晶圓通常是透明的，是因為對于SiC材料而言，其對可見光的透光度更好(如圖)。濱松基于這一特性，獨家采用532 nm的可見激光進行VIS-OBIRCH分析，來更好地透過SiC材料。(VIS在這里即visible的縮寫，與infrared進行區分)。

同時由于532 nm激光的波長更短，在樣品上的激光光斑也會更小，相較于1300 nm的IR-OBIRCH精度會更高，從而更好的定位失效點。

另外，針對高壓器件OBIRCH分析的電流頭也做了升級，在最高3000 V的高壓量程下，電流的最小分辨精度為10 pA。對于高壓器件，可以進行精度更高的OBIRCH失效定位。

圖4 用于高壓OBIRCH的高精度電流頭 A15781-01

“光，即可能性本身。” 濱松光學，70年如一日，致力于光子學領域的深耕細作。依托我們在光探測技術方面的領先地位和深厚的失效分析經驗，自1987年推出以來，PHEMOS微光顯微鏡系統以其卓越性能和高穩定性贏得了客戶的信賴與推崇。

目前，我們位于上海張江的FA實驗室正在對CCD+VIS OBIRCH功能進行升級改造，預計將于12月正式投入使用。如果您對我們的新功能充滿好奇、有樣品需要測試或希望親自體驗我們的設備，請隨時通過PHEMOS@hamamatsu.com.cn與我們取得聯系。

圖5 PHEMOS-X 微光顯微鏡

審核編輯 黃宇