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       本文描述了对半导体器件里金键合引线与电极（铝焊盘）界面结合缺陷的观察和分析。 截面抛光仪（CP)对金键合引线界面横截面进行抛光。

       使用JEOL的横截面抛光仪（简称CP）对样品进行横截面抛光，CP是一种利用氩离子束轰击样品表面的从而得到无应力破坏的平滑横截面的扫描电镜制样设备。可加工各种软硬复合材料与传统机械抛光相比，不会产生加工痕迹和扭曲变形。

       下图是金线和铝焊盘交界处的背散射电子成分像，可清晰地观察到通道衬度和晶体的晶粒尺寸。

       X-Ray谱图显示了金线和电极焊盘交界处元素的空间分布。按照从上而下的顺序, ① 金键合引线的Au层部分，可见通道衬度 ② 金属间化合物(IMC)层Au-Al合金层 ③ Al电极 ④SiO₂ 层和 ⑤ Si 基板。

       我们知道IMC层的成型及厚度取决于键合后热处理的温度和时间，热处理的工艺甚至可能会导致界面IMC层出现剥离。

       通过利用CP和SEM，可直接检测横截面方向IMC层的厚度及浓度，因此可用于半导体器件产品的质量管理和成品率监控。

IGBT简介：

IGBT（绝缘栅双极性晶体管）是常见的功率，期间经常使用在强电流高电压的场景中，如电动汽车、变电站等。器件结构由MOSFET及BGT组合而成，兼具了高输入阻抗及低导通压降的优点，IGBT是电力电子设备的“cpu”，被国家列为研究对象。

IGBT测试难点：

1、由于IGBT是多端口器件，所以需要多个测量模块协同测试。

2、IGBT的漏电流越小越好，所以需要高精度的设备进行测试。

3、IGBT动态电流范围大，测试时需要量程范围广，且量程可以自动切换的模块进行测试。

4、由于IGBT工作在强电流下，自加热效应明显，脉冲测试可以减少自加热效应，所以MOSFET需要进行脉冲IV测试，用于评估期间的自加热特性。

5、MOSFET的电容曲线是其特性表征的重要内容，且与其在高频应用有密切关系。所以IGBT的电容测试非常重要。

6、IGBT开关特性非常重要，需要进行双脉冲动态参数的测试。

测试方案：

静态测试设备：2600-PCT。可选200V/10A低压基本配置、200V/50A高流配置、3000V/10A高压配置、3000V/50A高压高流等配置。

测试载台:高功率探针台/测试夹具

动态测试设备：函数发生器+泰克示波器MSO5/6+探头

测试载：台配套电源测试板

泰克优势：

1.全面的静态动态测试方案；

2.zui高100A/3000V高压高流高精度设备；四线法配置；可进行脉冲测试；zui小脉宽100US；从fF到uf电容测试能力；

3.高性能测试夹具支持多种封装类型；

4.支持大多数探头类型，包括KHV三同轴，AHV三同轴，标准三同轴等；可适配绝大部分高功率探针台；

5.高压/高流/高压&高流灵活配置。

测试项目举例：

静态参数标准测试项目：

击穿电压；阈值电压；开态电流；漏电流；正向跨导；输入电容；输出电容；反向传输电容等；

动态参数标准测试项目：

开通时间；关断时间；关断延迟时间；下降时间，单脉冲开通能量；单脉冲关断能量。

安泰测试致力于电子电力测试测量行业十二年，专注于电子电力检测设备；公司具备专业的技术支持和选型能力，和泰克吉时利厂家建立了密切稳定的合作关系，立足西北，服务全国的广大客户。欢迎有需求的电子电力工程师来电咨询或者访问安泰测试网。

IGBT简介：

IGBT（绝缘栅双极性晶体管）是常见的功率，期间经常使用在强电流高电压的场景中，如电动汽车、变电站等。器件结构由MOSFET及BGT组合而成，兼具了高输入阻抗及低导通压降的优点，IGBT是电力电子设备的“cpu”。

IGBT测试难点：

1、由于IGBT是多端口器件，所以需要多个测量模块协同测试。

2、IGBT的漏电流越小越好，所以需要高精度的设备进行测试。

3、IGBT动态电流范围大，测试时需要量程范围广，且量程可以自动切换的模块进行测试。

4、由于IGBT工作在强电流下，自加热效应明显，脉冲测试可以减少自加热效应，所以MOSFET需要进行脉冲IV测试，用于评估期间的自加热特性。

5、MOSFET的电容曲线是其特性表征的重要内容，且与其在高频应用有密切关系。所以IGBT的电容测试非常重要。

6、IGBT开关特性非常重要，需要进行双脉冲动态参数的测试。

测试方案：

静态测试设备：2600-PCT。可选200V/10A低压基本配置、200V/50A高流配置、3000V/10A高压配置、3000V/50A高压高流等配置。

测试载台:高功率探针台/测试夹具

动态测试设备：函数发生器+泰克示波器MSO5/6+探头

测试载：台配套电源测试板

泰克优势：

1.全面的静态动态测试方案；

2.zui高100A/3000V高压高流高精度设备；四线法配置；可进行脉冲测试；zui小脉宽100US；从fF到uf电容测试能力；

3.高性能测试夹具支持多种封装类型；

4.支持大多数探头类型，包括KHV三同轴，AHV三同轴，标准三同轴等；可适配绝大部分高功率探针台；

5.高压/高流/高压&高流灵活配置。

测试项目举例：

静态参数标准测试项目：

击穿电压；阈值电压；开态电流；漏电流；正向跨导；输入电容；输出电容；反向传输电容等；

动态参数标准测试项目：

开通时间；关断时间；关断延迟时间；下降时间，单脉冲开通能量；单脉冲关断能量。

安泰测试致力于电子电力测试测量行业十二年，专注于电子电力检测设备；公司具备专业的技术支持和选型能力，和泰克吉时利厂家建立了密切稳定的合作关系，立足西北，服务全国的广大客户。欢迎有需求的电子电力工程师来电咨询或者访问安泰测试网。

氮吹仪也叫氮气吹干仪、自动快速浓缩仪等，该仪器通过将氮气快速、连续、可控的吹向加热样品的表面，使待处理样品中的水分迅速蒸发、分离，从而实现羊皮的无氧浓缩，同时，该仪器能够保持样品的纯净，从而达到快速分离纯化的效果。氮吹仪不仅操作简单，而且可以同时处理多个样品，这就大大缩短了检测时间。从而，它得到了广泛的应用。

2.氮吹仪原理--结构组成

氮吹仪主要包括气体分配室、气针、高度调节支架、氮气接口、高度微调部件、支柱、固定组件、机箱、衬套、加热块、样品试管或试瓶等部件。试管通过带弹簧的试管夹和支撑盘来固定位置。根据试管大小和溶剂多少，各导气管可独立升降至合适的高度。

3.氮吹仪原理

氮吹仪利用氮气是一种不活泼的气体，能起到隔绝氧气的作用，如果加强它周围的空气流动，提高他的温度，就可以达到防止氧化的目的。同时采用对底部进行加温，而顶部用氮气或空气进行吹扫，通过氮气的快速流动可以打破液体上空的气液平衡，使液体挥发浓缩速度加快、迅速挥发，从而达到让样品快速浓缩的目的。

4.氮吹仪原理--应用

氮吹仪通过加热样液进行吹扫，使得待处理样品迅速浓缩，从而实现快速分离纯化，它主要应用于大批量样品的浓缩制备，诸如药wu筛选、激su分析、液相、气相以及质谱分析中的样品前处理制备。具体应用领域如下：

生物分析：如血清、血浆、血液、尿液等;

化学品残留、农残分析：如蔬菜、水果、谷物以及植物组织等;

环境分析：如饮用水、地下水和污染水样等;

商品检测：如检验克罗夫特等;

食品饮料：如牛奶、酒、啤酒等;

制药药检：如中药制药、制药质量控制等;

交流C-V测试可以揭示材料的氧化层厚度，晶圆工艺的界面陷阱密度，掺杂浓度，掺杂分布以及载流子寿命等，通常使用交流C-V测试方式来评估新工艺，材料， 器件以及电路的质量和可靠性等。比如在MOS结构中， C-V测试可以方便的确定二氧化硅层厚度dox、衬底 掺杂浓度N、氧化层中可动电荷面密度Q1、和固定电 荷面密度Qfc等参数。

C-V测试要求测试设备满足宽频率范围的需求，同时连线简单，系统易于搭建，并具备系统补偿功能，以补偿系统寄生电容引入的误差。

进行C-V测量时，通常在电容两端施加直流偏压，同时利用一个交流信号进行测量。一般这类测量中使用的交流信号频率在10KHz到10MHz之间。所加载的 直流偏压用作直流电压扫描，扫描过程中测试待测器件待测器件的交流电压和电流，从而计算出不同电压下的电容值。

在CV特性测试方案中，同时集成了美国吉时利公司源表（SMU）和合作伙伴针对CV测试设计的专用精 密LCR分析仪。源表SMU可以输出正负电压，电压 输出分辨率高达500nV。同时配备的多款LCR表和 CT8001 直流偏置夹具，可以覆盖 100Hz~ 1MHz 频 率和正负200V电压范围内的测试范围。

方案特点：

★包含C-V（电容-电压），C-T（电容-时间），C-F （电容-频率）等多项测试测试功能，C-V测试可同时支持测试四条不同频率下的曲线

★测试和计算过程由软件自动执行，能够显示数据和 曲线，节省时间

★提供外置直流偏压盒，偏压支持到正负200V， 频率范围 100Hz - 1MHz。

★支持使用吉时利24XX/26XX系列源表提供偏压

测试功能：

电压-电容扫描测试

频率-电容扫描测试

电容-时间扫描测试

MOS器件二氧化硅层厚度、衬底掺杂浓度等参数的计算

原始数据图形化显示和保存

MOS电容的 C-V 特性测试方案

系统结构：

系统主要由源表、LCR 表、探针台和上位机软件组成。 LCR 表支持的测量频率范围在0.1Hz~ 30MHz。源表 (SMU)负责提供可调直流电压偏置，通过偏置夹具盒 CT8001加载在待测件上。

LCR 表测试交流阻抗的方式是在 HCUR 端输出交流电 流，在 LCUR 端测试电流，同时在 HPOT 和 LPOT 端 测量电压值。电压和电流通过锁相环路同步测量，可 以精确地得到两者之间的幅度和相位信息，继而可以推算出交流阻抗参数。

典型方案配置：

系统参数：

下表中参数以 PCA1000 LCR 表和 2450 源表组成的 C-V测试系统为例：

安泰测试已为西安多所院校、企业和研究所提供吉时利源表现场演示，并获得客户的高度认可，安泰测试将和泰克吉时利厂家一起，为客户提供更优质的服务和全面的测试方案，为客户解忧。

       基于二维材料的范德瓦尔斯界面在光电子器件领域具有广泛的发展前景，不同材料组成的界面可以在很大程度上调控器件的发光光谱范围。然而，层间堆叠方式不同带来的晶格失配以及错位都会YZ电子与声子耦合作用，影响光电器件的工作效率。近期，瑞士日内瓦大学的的Alberto F. Morpurgo 教授课题组在《自然-材料》杂志上发表了低温光致发光光谱研究设计范德瓦尔斯界面的工作。通过组合导带底部与价带顶部都在Γ点（倒格矢空间）的二维晶体材料，形成范德瓦尔斯界面，避免了动量失配。这样的范德瓦尔斯界面将不受光学跃迁与晶格常数、两层材料之间旋转角或者晶格错位的影响，为基于二维原子晶体的光电子器件的发展打下了重要的基础。

       双层或者多层过渡金属硫化物（例如WS₂，MoS₂, MoSe₂ ）的价带顶部在Γ点，可以与导带底部在Γ点的多层InSe材料形成范德瓦尔斯界面，该界面允许直接跃迁。通过分析光致发光光谱（PL光谱）对双层InSe与双层WS₂范德瓦尔斯界面的测量结果（见图1），可以判定双层InSe与双层WS₂范德瓦尔斯界面的直接跃迁存在且能量为1.55eV。

图1. (a)双层InSe与双层WS₂的结构示意图。 (b)双层InSe与双层WS₂的能带图。(c）温度5K时双层InSe与双层WS₂范德瓦尔斯界面的光致发光光谱， 内置图：2L-InSe/2L-WS₂光学照片。比例尺：10微米。

       通过分析发光光谱随温度变化的数据（图2a-b），研究者发现双层InSe与双层WS₂范德瓦尔斯界面的直接跃迁发光光谱随温度降低强度增加。该界面发光光谱随激光强度增加的变化（图2c）也表明其发光机制是直接跃迁。图2d为6层InSe与双层WS₂界面切面SEM电镜图。通过分析该6层InSe与双层WS₂范德瓦尔斯界面的切面发光光谱的旋光数据（图2e）可直接证实该界面是直接跃迁的机制。

图2. (a-b): 双层InSe与双层WS₂范德瓦尔斯界面PL光谱随温度变化数据图。(c):光谱随激发激光强度的变化。(d):6层InSe与双层WS₂界面切面的SEM电镜图。（e）6层InSe与双层WS₂界面切面处发光光谱的旋光数据图。

       研究者也分析了多层InSe与双层WS2范德瓦尔斯界面PL光谱（图3a-b）以及四层InSe与多层WS2范德瓦尔斯界面PL光谱。综合分析以上不同层数二维材料组成的范德瓦尔斯界面PL光谱的能带图以及实验数据，表明该不同层数二维材料组成的范德瓦尔斯界面未受到两层材料之间旋转角或者晶格错位的影响而存在层间发光光谱。

图3.  (a) 多层InSe与双层WS2范德瓦尔斯界面PL光谱数据，温度为5K。(b): InSe与双层WS2范德瓦尔斯界面PL光谱能量与InSe层数关系图。(c): 四层InSe与多层WS2范德瓦尔斯界面PL光谱能量与WS2层数关系图。

       文章中，作者使用了德国attocube公司的attoDRY系列低温恒温器来实现器件在极低温条件下使用荧光光谱分析二维材料中的范德瓦尔斯界面。文章实验结果表明通过合理的选择二维材料组合成范德瓦尔斯界面，可以设计出具有很宽广发光范围的光电器件。

图4：低振动无液氦磁体与恒温器—attoDRY系列，超低振动是提供高分辨率与长时间稳定光谱的关键因素。

attoDRY2100+CFM I主要技术特点：

+ 应用范围广泛:  PL/EL/ Raman等光谱测量

+ 变温范围：1.8K - 300K

+ 空间分辨率：< 1 mm

+ 无液氦闭环恒温器

+ 工作磁场范围：0...9T (12T, 9T-3T，9T-1T-1T矢量磁体可选)

+ 低温消色差物镜NA=0.82

+ 精细定位范围： 5mm X 5mm X 5mm @ 4K

+ 精细扫描范围：30 mm X 30 mm@4K

+ 可进行电学测量，配备标准chip carrier

+ 可升级到AFM/MFM、PFM、ct-AFM、KPFM、SHPM等功能

参考文献：

[1]. Nicolas Ubrig  et al, Design of van der Waals interfaces for broad spectrum optoelectronics, Nature Materials,19,299–304 (2020) 

半导体材料与器件是现代自动化、微电子学、计算机、通讯等设备仪器研制生产的基础材料及核心部件，具有专门的生产设备、工艺和方法，在现代各方面得到大量的研究和应用。作为现代信息技术产业的基础，半导体产业已成为社会发展和国民经济的基础性、战略性和先导性产业，是现代日常生活和未来科技进步必不可少的重要组成部分；伴随着全 球科技逐渐进步，全 球范围内半导体产业规模基本都保持着持续扩张态势。

为加速国内半导体材料及器件发展，促进国内半导体材料与器件领域的人员互动交流，推动我国半导体行业的高质量发展。TA仪器将参加2022年12月20日举办的“第三届半导体材料与器件研究及应用”主题网络研讨会，围绕半导体行业材料的力学及热性能评估展开。材料的玻璃化转变、热分解温度、热膨胀系数、吸湿性、模量等参数，决定了材料的稳定性和最 终使用性能，报告也将介绍如何使用热分析和力学表征设备得到这些重要相关参数。  

相信这些热点议题，将为国内广大半导体材料与器件研究、应用及检测的相关工作者提供一个非常好的学习交流机会。

讲座预告

 讲座时间：

• 2022年12月20日（周二），10:00--10:30

 讲座主题：

• 半导体材料的力学及热性能评估 — Thermal analysis and beyond

 主讲人：

苏思伟

TA仪器热分析高级技术专家

北京航空航天大学材料科学与工程学院硕士，现任美国TA仪器热分析高级应用专家。负责中国南方区的热分析应用技术支持，教授热分析技术培训课程几十场，长期从事各类材料的热分析、力学性能表征及失效分析等工作。以第 一作者身份发表在《Matter》的仿生材料研究被《每日科学》等多家国际媒体报道。

半导体分立器件是组成集成电路的基础，包含大量的 双端口或三端口器件，如二极管，晶体管，场效应管等。 直流I-V测试则是表征微电子器件、工艺及材料特性的 基石。通常使用I-V特性分析，或I-V曲线，来决定器 件的基本参数。微电子器件种类繁多，引脚数量和待 测参数各不相同，除此以外，新材料和新器件对测试 设备提出了更高的要求，要求测试设备具备更高的低 电流测试能力，且能够支持各种功率范围的器件。

分立器件I-V特性测试的主要目的是通过实验，帮助工 程师提取半导体器件的基本I-V特性参数，并在整个工 艺流程结束后评估器件的优劣。

随着器件几何尺寸的减小，半导体器件特性测试对测 试系统的要求越来越高。通常这些器件的接触电极尺 寸只有微米量级，这些对低噪声源表，探针台和显微 镜性能都提出了更高的要求。

半导体分立器件I-V特性测试方案，泰克公司与合作 伙伴使用泰克吉时利公司开发的高精度源测量单元 （SMU）为核心测试设备，配备使用简便灵活，功能 丰富的CycleStar测试软件，及稳定的探针台，为客户提供了可靠易用的解决方案，极大的提高了用户 的工作效率。

吉时利方案特点：

丰富的内置元器件库，可以根据测试要求选择所需要的待测件类型；

测试和计算过程由软件自动执行，能够显示数据和曲线，节省了大量的时间；

稳定的探针台，针座分辨率可高达0.7um，显微镜放大倍数高达x195倍；

可支持同时操作两台吉时利源表，可以完成三端口器件测试。

测试功能：

二极管特性的测量与分析

极型晶体管BJT特性的测量与分析

MOSFET场效应晶体管特性的测量与分析

MOS 器件的参数提取

系统结构：

系统主要由一台或两台源精密源测量单元（SMU）、 夹具或探针台、上位机软件构成。以三端口MOSFET 器件为例，共需要以下设备：

1、两台吉时利 2450 精密源测量单元

2、四根三同轴电缆

3、夹具或带有三同轴接口的探针台

4、三同轴T型头

5、上位机软件与源测量单元（SMU）的连接方式如下图所示，可以使用LAN/USB/GPIB中的任何一个接口进行连接。

系统连接示意图：

典型方案配置：

西安某高校现场演示图

安泰测试已为西安多所院校、企业和研究所提供吉时利源表现场演示，并获得客户的高度认可，安泰测试将和泰克吉时利厂家一起，为客户提供更优质的服务和全面的测试方案，为客户解忧。

电容-电压(C-V)测量广泛用于测量半导体参数，尤其是MOS CAP和MOSFET结构，C-V 测试可以方便的确定二氧化硅层厚度dox、衬底掺杂浓度N、氧化层中可动电荷面密度Q1、和固定电荷面密度Qfc等参数。

C-V测试方法

进行 C-V 测量时，通常在电容两端施加直流偏压，同时利用一个交流信号进行测量。一般这类测量中使用的交流信号频率在10KHz 到10MHz 之间。所加载的直流偏压用作直流电压扫描，扫描过程中测试待测器件待测器件的交流电压和电流，从而计算出不同电压下的电容值。

C-V测试系统

LCR表与待测件连接图

MOS电容的C-V测试系统主要由源表、LCR 表、探针台和上位机软件组成。LCR 表支持的测量频率范围在 0.1Hz~30MHz。源表(SMU) 负责提供可调直流电压偏置，通过偏置夹具盒CT8001 加载在待测件上。以PCA1000LCR表和吉时利2450源表组成的C-V 测试系统为例，可以满足精确测量的要求：

吉时利2450系统级应用优势

吉时利2450型触摸屏数字源表是一款集I—V特性测试、曲线追踪仪和半导体分析仪功能于一体的低成本数字源表。吉时利2450丰富的功能也让它非常适合集成到自动测试系统中：

●嵌入式测试脚本处理器 (TSP)：它将完整的测度程序加载到仪器的非易失性存储器，无需依赖外部PC控制器，产能更高。

●TSP-Link通信总线：支持测试系统扩展，实现多台2450仪器和其他基于TSP技术仪器的系统拓展，拓展的测试系统最多可连接32台2450，在一台主仪器的TSP控制下进行多点或多通道并行测试。

●兼容的2400工作模式：除了2450 SCPI工作模式， 2450还支持2400 SCPI工作模式，并兼容现有的2400 SCPI程序。这保护了用户的软件投资，避免仪器升级换代所带来测试软件的转换工作。

●PC连接和自动化：后面板三同轴电缆连接端口、仪器通信接口（GPIB、USB 2.0和LXI/Ethernet）、D型9针数字I/O端口（用于内部/外部触发信号及机械臂控制）、仪器安全互锁装置及TSP-Link连接端口简化多仪器测试系统的集成。

安泰测试作为泰克吉时利长期合作伙伴，专业提供设备选型和测试方案的提供，为西安多家企业和院校提供吉时利源表现场演示，并获得客户的高度认可，如果您想了解吉时利源表更多应用方案，欢迎访问安泰测试网。