半导体材料

p style=" line-height: 1.75em " 　 半导体材料是微电子器件和光伏器件的基础材料，其杂质和缺陷特性严重影响器件性能。随着微电子器件集成度和光伏器件转换效率的提高，对半导体原材料的要求越来越高。为了满足工业化生产的需求，相应地要求材料检测方法具有更高的灵敏度和更快的测量速度，同时避免对材料产生损伤。载流子是半导体材料的功能载体，其输运特性决定了各种光电器件的性能，包括载流子寿命、扩散系数和表面复合速率等。光载流子辐射技术是实现对载流子输运参数进行同时测量的一种全光无损检测方法，但该方法在载流子输运参数的测量表征中仍然存在一些局限，如理论模型的适用性、参数的测量精度和测量速度等。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　在国家自然科学基金项目支持下，中国科学院光电技术研究所针对上述问题，以传统半导体硅材料为研究对象，建立非线性光载流子辐射模型，并在此基础上分别提出了多光斑光载流子辐射技术和稳态光载流子辐射成像技术，通过仿真计算和实验测量证实了上述技术的有效性。多光斑光载流子辐射技术可以完全消除测量系统仪器频率响应对测量结果的影响，提高载流子输运参数的测量精度，以电阻率为0.1-0.2Ω?cm的P型单晶硅为例，提出的多光斑光载流子辐射技术将载流子寿命、扩散系数和表面复合速率的测量不确定度从传统的± 15.9%、± 29.1%和& gt ± 50%降低到± 10.7%, ± 8.6%和± 35.4%。另外，稳态光载流子辐射成像技术由于简化了理论模型和测量装置，测量速率大大提高，具有较大的工业化应用潜力。 /p p style=" line-height: 1.75em text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201604/insimg/5c7ed4bf-665b-4d58-a7c4-268d1148946a.jpg" title=" W020160405584462855531.png" / /p p style=" line-height: 1.75em text-align: center " 实验测量结果比较 /p p br/ /p

半导体材料作为半导体产业链中的重要支撑，包括以硅、锗等为代表的元素半导体材料和以砷化镓、磷化铟、碳化硅和氮化镓为代表的化合物半导体材料，广泛应用于通讯、计算机、消费电子、汽车电子以及工业应用等众多产业。 半导体材料的发展和进步离不开先进的材料表征技术支撑。HORIBA作为检测及分析技术的领先供应商，可为半导体产业提供多种分析及检测技术。在材料表征技术方面，可为半导体材料研发及QC提供多种分析技术，包括薄膜厚度测量、晶型、应力、器件结温、缺陷、杂质、元素含量以及CMP研磨液粒径表征等；在制程监控环节， HORIBA可提供质量流量控制、化学药液浓度监测、终点检测及光掩模颗粒检测等技术。本次仪器信息网特采访了HORIBA Scientific 科学仪器事业部大客户经理熊洪武先生，请他分享了HORIBA在半导体材料检测方面的技术与解决方案。HORIBA Scientific 科学仪器事业部大客户经理 熊洪武熊洪武先生现任HORIBA Scientific 工业销售经理。进入分析仪器行业10年，负责HORIBA光栅光谱仪技术咨询和系统应用支持多年，对光谱测量系统选择有丰富的经验，具有光致发光光谱、拉曼光谱和荧光光谱等相关技术的应用经验。现主要负责HORIBA科学仪器在半导体等工业领域的应用推广工作。1、 请问贵司面向半导体行业用户推出了哪些仪器产品及相关检测方案？HORIBA针对半导体用户推测了多种检测方案，涉及到半导体的外延薄膜厚度及缺陷，衬底材料晶型，表面残余应力，器件结温，元素含量，多量子阱元素深度剖析以及CMP抛光液粒径分布检测等技术。仪器技术名称在半导体材料中的应用HORIBA仪器特点HORIBA推荐型号椭圆偏振光谱仪薄膜厚度、折射率、消光系数测量SiO2, SiNx等薄膜厚度测量，光刻胶等材料折射率消光系数PEM相调制技术的高稳定性高灵敏度可测量透明基底上的超薄膜UVSEL Plus拉曼光谱仪晶型、应力、温度、载流子浓度以及异物等分析；硅薄膜晶化率、SiC晶型、功率器件结温等，二维材料层数、晶格取向、缺陷以及掺杂等表征高光谱分辨率高空间分辨率宽光谱范围LabRAM Odyssey光致发光光谱仪带边发光/缺陷发光分析外延层质量及均匀性分析可选时间分辨光致发光（TRPL）研究载流子弛豫及扩散模块化结构设计可按需配置高光谱分辨率宽光谱范围SMS低温光致发光光谱仪测量硅单晶中硼、磷、铝、砷的元素含量超高光谱分辨率超低检测下限可提供定量标准曲线PL-D阴极荧光光谱仪缺陷检测，光强成像评价缺陷密度如线位错掺杂、杂质、包含物分析高效光学收集镜模块化光谱仪宽光谱范围探测H-CLUEF-CLUE辉光放电光谱仪元素含量随深度变化剖析LED多量子阱元素含量随深度剖析分析速度快操作简单无需制样GD Profiler 2碳硫分析仪 / 氧氮氢分析仪重掺硅中氧含量测量靶材中碳硫、氧氮氢元素含量测量清扫效率高高检测精度EMIA seriesEMGA series显微X射线荧光异物杂质分析、金属涂层厚度或凸点元素分析，封装布线中的离子迁移、缺陷、短路分析等高空间分辨率半真空模式XGT-9000激光粒度仪 / 纳米粒度仪CMP抛光液粒径分布及Zeta电位测量硅片切削液粒径分布测量全自动检测效率高可提供在线测量方案LA-960V2SZ-100V2离心式纳米粒度分析仪CMP抛光液高分辨率粒度分布测量可捕捉少量的杂质或团聚体高分辨率测量粒径分布制冷功能保持样品恒温CN-3002、 这些仪器主要解决半导体行业中的哪些问题？（相关检测项目在半导体行业中的重要意义）以椭圆偏振光谱仪为例，可以准确测量12寸硅晶圆上SiO2超薄膜的厚度，还为研发ArF光刻胶提供折射率消光系数的测量等，为国产替代材料的研发提供准确的标准工具；而拉曼光谱仪则可为功率半导体研究提供如衬底晶型鉴别，应力大小及分布测量以及功率器件结温测试等，在二维材料方面，由于其独特的特性，有望突破硅基器件面临的“瓶颈”而受到重视，拉曼光谱在二维材料层数、晶格取向、缺陷以及掺杂等表征方面发挥着重要作用；在光致发光（PL）方案中，除了提供常用的常温PL测量材料缺陷及均匀性外，还可以提供低温PL检测硅单晶中低至ppta级的P，B，Al，As元素的浓度，可为电子级多晶硅生产厂商的超低杂质含量检测提供有力手段；在元素表征方面，HORIBA拥有碳硫、氧氮氢分析仪，可为靶材元素分析、硅片中氧含量测量提供高灵敏的检测手段，辉光放电光谱仪（GD-OES）可为多量子阱结构元素深度剖析提供快速测量手段，而显微X射线荧光分析仪，可以为半导体封装过程中的狭窄图案涂层测厚或凸点元素成分分析，以及集成电路封装布线中的离子迁移、缺陷、短路分析等提供高空间分辨率的元素分布检测，同时在半导体生产过程中的异物分析过程中也发挥着不可或缺的作用。3、 贵司的仪器产品和解决方案具有什么优势？（原理、技术、成本、精度等方面的优势）以光谱仪类测量仪器为例，HORIBA是多种焦长光谱仪的供应商，可以覆盖从低到高光谱分辨率的应用需求，比如拉曼光谱仪和光致发光光谱仪拥有多种型号，满足各种光谱分辨率需求的应用。以拉曼光谱测量半导体材料应力和器件结温为例，光谱的峰位变化往往非常小，那么光谱分辨率越高，对峰位的定位就越准确，有助于区分微小的拉曼峰位位移；对低温PL测量硼、磷、铝、砷元素含量，光谱分辨率越高，对相邻的峰就越容易分开，尤其是在测量铝和砷元素浓度时，对光谱分辨率要求非常高，需要采用长焦距光谱仪以达到超高光谱分辨率的要求。4、当前，国内半导体用户是否对某类仪器提出了更高的技术要求（可举例说明）？贵司对此是否有相关应对之策？随着集成电路技术的进步和先进制程节点的推进，CMP工艺在集成电路中使用的使用也越来越多，对CMP材料种类和用来也在增加，并且对CMP抛光液材料也提出了更高的要求，例如对一些金属氧化物的纳米颗粒研磨液中的颗粒粒径分布，采用传统的粒度仪难以进行高精度的测量，而HORIBA推出的离心式纳米颗粒度分析仪CN-300是按粒径大小离心分类后进行测量的，可以一次测量就能得到宽范围的高精度结果，并且由于其高分辨率可以捕获到少量的杂质颗粒，这对应更高要求的CMP研磨液的研发来说极为重要。5、贵司当下比较关注的细分材料领域有哪些，是否会推出相关的仪器产品或解决方案？可以为用户解决什么科研难题？ HORIBA科学仪器部门当前比较关注的半导体细分材料领域主要在两个方面：一个是在工业应用中的大硅片、光刻胶以及化合物半导体材料等领域；另外一个是在科研领域，主要包括二维材料等先进材料；我们已经陆续与一批客户进行合作并推出相应的解决方案，可以为用户提供薄膜厚度、分子结构、元素以及材料粒径分布等方面的分析表征解决方案。此外，我们在HORIBA的上海研发中心成立了科学仪器应用方案开发中心，计划针对半导体产业中可能应用到的相关技术与用户进行合作并进行相应的方法开发，为用户提供相应的解决方案。【行业征稿】若您有半导体行业相关研究、技术、应用、管理经验等愿意以约稿形式共享，欢迎自荐或引荐投稿联系人：康编辑word图文投稿邮箱：kangpc@instrument.com.cn微信/电话：15733280108

第三代半导体材料主要是以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)等为代表的宽禁带半导体材料。与第一、二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力，更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件，通常又被称为宽禁带半导体材料(禁带宽度大于2.3eV)，亦被称为高温半导体材料。从目前第三代半导体材料及器件的研究来看，较为成熟的第三代半导体材料是碳化硅和氮化镓，而氧化锌、金刚石、氮化铝等第三代半导体材料的研究尚属起步阶段。碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)，被行业称为第三代半导体材料的双雄。基于第三代半导体的优良特性，其在通信、汽车、高铁、卫星通信、航空航天等应用场景中颇具优势。其中，碳化硅、氮化镓的研究和发展较为成熟。以SiC为核心的功率半导体，是新能源汽车充电桩、轨道交通系统等公共交通领域的基础性控件；射频半导体以GaN为原材料，是支撑5G基站建设的核心；第三代半导体在消费电子、工业新能源以及人工智能为代表的未来新领域，发挥着重要的基础作用。近年来，随着新能源汽车的兴起，碳化硅IGBT器件逐渐被应用于超级快充，展现出了强大的市场潜力，第三代半导体发展进入快车道。随着第三代半导体，特别是氮化镓和碳化硅的市场爆发，相关标准也逐渐出台。无规矩不成方圆，只有有了规矩，有了标准，这个世界才变得稳定有序！标准是科学、技术和实践经验的总结。为在一定的范围内获得最佳秩序，对实际的或潜在的问题制定共同的和重复使用的规则的活动，即制定、发布及实施标准的过程，称为标准化。为规范第三代半导体材料的发展，相关组织和机构也出台了一系列的标准。（以下第三代半导体标准只统计其作为宽禁带半导体材料的现行相关标准）碳化硅(SiC)碳化硅（SiC）材料是功率半导体行业主要进步发展方向，用于制作功率器件，可显着提高电能利用率。可预见的未来内，新能源汽车是碳化硅功率器件的主要应用场景。特斯拉作为技术先驱，已率先在Model 3中集成全碳化硅模块，其他一线车企亦皆计划扩大碳化硅的应用。随着碳化硅器件制造成本的日渐降低、工艺技术的逐步成熟，碳化硅功率器件行业未来可期。相关标准如下，标准号标准名称CASA 001-2018碳化硅肖特基势垒二极管通用技术规范CASA 003-2018p-IGBT器件用4H-SiC外延晶片CASA 004.1-20184H-SiC衬底及外延层缺陷 术语CASA 004.2-20184H-SiC衬底及外延层缺陷 图谱CASA 006-2020碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管通用技术规范CASA 007-2020电动汽车用碳化硅（SiC）场效应晶体管（MOSFET）模块评测规范CASA 009-2019半绝缘SiC材料中痕量杂质浓度及分布的二次离子质谱检测方法T/IAWBS 013-2019半绝缘碳化硅单晶片电阻率非接触测量方法T/IAWBS 012-2019碳化硅单晶抛光片表面质量和微管密度测试方法-共焦点微分干涉光学法T/IAWBS 011-2019导电碳化硅单晶片电阻率测量方法-非接触涡流法T/IAWBS 010-2019碳化硅单晶抛光片表面质量和微管密度检测方法-激光散射检测法T/IAWBS 008-2019SiC晶片的残余应力检测方法T/IAWBS 007-20184H碳化硅同质外延层厚度的红外反射测量方法T/IAWBS 006-2018碳化硅混合模块测试方法T/IAWBS 005-20186英寸碳化硅单晶抛光片T/IAWBS 003-2017碳化硅外延层载流子浓度测定汞探针电容-电压法T/IAWBS 002-2017碳化硅外延片表面缺陷测试方法T/IAWBS 001-2017碳化硅单晶DB13/T 5118-2019 4H碳化硅N型同质外 延片通用技术要求DB61/T 1250-2019 SiC（碳化硅）材料半导体分立器件通用规范GB/T 32278-2015 碳化硅单晶片平整度测试方法GB/T 30867-2014 碳化硅单晶片厚度和总厚度变化测试方法GB/T 30868-2014 碳化硅单晶片微管密度的测定 化学腐蚀法SJ/T 11501-2015 碳化硅单晶晶型的测试方法SJ/T 11503-2015 碳化硅单晶抛光片表面粗糙度的测试方法SJ/T 11504-2015 碳化硅单晶抛光片表面质量的测试方法SJ/T 11502-2015 碳化硅单晶抛光片规范SJ/T11499-2015 碳化硅单晶电学性能的测试方法SJ/T 11500-2015碳化硅单晶晶向的测试方法GB/T 31351-2014碳化硅单晶抛光片微管密度无损检测方法GB/T 30656-2014碳化硅单晶抛光片GB/T 30866-2014碳化硅单晶片直径测试方法氮化镓(SiC)氮化镓，是氮和镓的化合物，是一种直接能隙的半导体，自1990年起常用在发光二极管中。此化合物结构类似纤锌矿，硬度很高。氮化镓的能隙很宽，为3.4电子伏特，可以用在高功率、高速的光电元件中，例如氮化镓可以用在紫光的激光二极管，可以在不使用非线性半导体泵浦固体激光器的条件下，产生紫光（405nm）激光。GaN材料系列具有低的热产生率和高的击穿电场，是研制高温大功率电子器件和高频微波器件的重要材料。目前，随着 MBE技术在GaN材料应用中的进展和关键薄膜生长技术的突破，成功地生长出了GaN多种异质结构。用GaN材料制备出了金属场效应晶体管（MESFET）、异质结场效应晶体管(HFET)、调制掺杂场效应晶体管（MODFET）等新型器件。标准号标准名称CASA 010-2019GaN材料中痕量杂质浓度及分布的二次离子质谱检测方法T/IAWBS 013—2019半绝缘碳化硅单晶片电阻率非接触测量方法T/GDC 69—2020氮化镓充电器GB/T 39144-2020 氮化镓材料中镁含量的测定 二次离子质谱法GB/T 37466-2019氮化镓激光剥离设备GB/T 37053-2018 氮化镓外延片及衬底片通用规范GB/T 36705-2018 氮化镓衬底片载流子浓度的测试 拉曼光谱法GB/T 32282-2015 氮化镓单晶位错密度的测量 阴极荧光显微镜法GB/T 32189-2015 氮化镓单晶衬底表面粗糙度的原子力显微镜检验法GB/T 32188-2015 氮化镓单晶衬底片x射线双晶摇摆曲线半高宽测试方法GB/T 30854-2014 LED发光用氮化镓基外延片蓝宝石（Al2O3） 蓝宝石晶体属于人造宝石晶体，主要应用于制作LED灯的关键材料，也是应用于红外军事装置、卫星空间技术、高强度激光的重要窗口材料。蓝宝石晶体是一种氧化铝的单晶，又称为刚玉。蓝宝石已成为一种重要的半导体衬底材料。标准号标准名称SJ/T 11505-2015 蓝宝石单晶抛光片规范GB/T 35316-2017 蓝宝石晶体缺陷图谱GB/T 34612-2017 蓝宝石晶体X射线双晶衍射摇摆曲线测量方法GB/T 34504-2017 蓝宝石抛光衬底片表面残留金属元素测量方法GB/T 34213-2017 蓝宝石衬底用高纯氧化铝GB/T 34210-2017 蓝宝石单晶晶向测定方法GB/T 33763-2017 蓝宝石单晶位错密度测量方法SJ/T 11505-2015 蓝宝石单晶抛光片规范GB/T 31353-2014 蓝宝石衬底片弯曲度测试方法GB/T 31352-2014 蓝宝石衬底片翘曲度测试方法GB/T 31093-2014 蓝宝石晶锭应力测试方法GB/T 31092-2014 蓝宝石单晶晶锭GB/T 30858-2014 蓝宝石单晶衬底抛光片GB/T 30857-2014 蓝宝石衬底片厚度及厚度变化测试方法DB44/T 1328-2014 蓝宝石图形化衬底片测试技术规范GB/T 14015-1992 硅-蓝宝石外延片其他标准第三代半导体被广泛的应用于IGBT功率器件中和发光材料中，对此，我们盘点了宽禁带半导体、功率器件和光电子器件标准。标准号标准名称CASA 002-2021宽禁带半导体术语T/IAWBS 004-2017电动汽车用功率半导体模块可靠性试验通用要求及试验方法T/IAWBS 009-2019功率半导体器件稳态湿热高压偏置试验GB/T 29332-2012半导体器件　分立器件　第9部分：绝缘栅双极晶体管(IGBT)GB/T 36360-2018 半导体光电子器件 中功率发光二极管空白详细规范GB/T 36358-2018 半导体光电子器件 功率发光二极管空白详细规范GB/T 36357-2018 中功率半导体发光二极管芯片技术规范GB/T 36356-2018 功率半导体发光二极管芯片技术规范GB/T 36359-2018 半导体光电子器件 小功率发光二极管空白详细规范SJ/T 11398-2009 功率半导体发光二极管芯片技术规范SJ/T 11400-2009 半导体光电子器件 小功率半导体发光二极管空白详细规范SJ/T 11393-2009 半导体光电子器件 功率发光二极管空白详细规范现行SJ/T 1826-2016 半导体分立器件 3DK100型ＮＰＮ硅小功率开关晶体管详细规范SJ/T 1834-2016 半导体分立器件 3DK104型ＮＰＮ硅小功率开关晶体管详细规范SJ/T 1839-2016 半导体分立器件 3DK108型ＮＰＮ硅小功率开关晶体管详细规范SJ/T 1833-2016 半导体分立器件 3DK103型ＮＰＮ硅小功率开关晶体管详细规范SJ/T 1831-2016 半导体分立器件 3DK28型ＮＰＮ硅小功率开关晶体管详细规范现行SJ/T 1830-2016 半导体分立器件 3DK101型ＮＰＮ硅小功率开关晶体管详细规范SJ/T 1838-2016 半导体分立器件 3DK29型ＮＰＮ硅小功率开关晶体管详细规范SJ/T 1832-2016 半导体分立器件 3DK102型ＮＰＮ硅小功率开关晶体管详细规范IEC 60747半导体器件QC/T 1136-2020 电动汽车用绝缘栅双极晶体管（IGBT）模块环境试验要求及试验方法JB/T 8951.1-1999 绝缘栅双极型晶体管JB/T 8951.2-1999 绝缘栅双极型晶体管模块 臂和臂对需要注意的是，CASA和IAWBS属于团体标准、GB属于国家标准、DB是地方标准。仪器信息网为了更好地服务半导体行业用户，特邀请您参与问卷调研，麻烦大家动动小手完成问卷，参与即得10元话费！活动结束还将择优选择10名认真填写用户送出50元话费！！！http://a72wfu5hktu19jtx.mikecrm.com/zuXBhOy