birmaga.ru
добавить свой файл

1
минИстерство образования российской федерации


УТВЕРЖДАЮ

Руководитель Департамента

образовательных программ и стандартов

профессионального образования

_______________ Л.С.Гребнев

«____»______________ 2001 г.

примерная программа дисциплины
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ И СТРУКТУР

ЭЛЕКТРОНИКИ

Рекомендуется Минобразованием России

для специальности 200100 Микроэлектроника и твердотельная электроника

направления подготовки дипломированных специалистов

654100 ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОЭЛЕКТРОНИКА


  1. Цели и задачи дисциплины.

Целью преподавания дисциплины является формирование знаний в области экспериментальных методов исследования состава, структуры, электрофизических и оптических свойств материалов и компонентов твердотельной электроники.

  1. Требования к уровню освоения содержания дисциплины.

В результате изучения дисциплины студенты должны:

2.1. Знать и уметь использовать:

  • физические принципы наиболее распространенных экспериментальных методов исследования материалов и структур, используемых в электронике и твердотельных компонентах электронной техники, условия реализации и границы применения методов.

2.2. Иметь навыки:

  • применения современных методов исследования структур и характеристик материалов и компонентов твердотельной электроники, интерпретации экспериментальных данных;

  • работы с аппаратурой и приборами, которые могут быть использованы для этих целей.

3. Объем дисциплины и виды учебной работы.


Вид учебной работы

Всего часов

Семестры


Общая трудоемкость дисциплины

150

8










Аудиторные занятия

85

8










Лекции

51

8










Практические занятия (ПЗ)

17

8










Лабораторные работы (ЛР)

17

8










Самостоятельная работа

65

8










Курсовой проект (работа)

25

8










другие виды самостоятельной работы

40

8








Вид итогового контроля (зачет, экзамен)




Зачет, экзамен











4. Содержание дисциплины

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий


№ п/п

Раздел дисциплины

Лекции

ПЗ

ЛР




Введение.

*





1.

Основные методы измерения электрофизических параметров полупроводниковых материалов и структур.

*

*

*

2.

Прецизионная профилометрия поверхнности и методы измерения геометрических размеров в структурах электроники

*

*

*

3.

Измерение морфологии поверхности, состава твердых тел и концентрационных профилей методами электронной микроскопии, электронной и ионной спектроскопии.

*

*

*

4.

Рентгеновские методы исследования состава и структуры твердых тел. Дифракционные методы анализа кристаллической структуры твердых тел.


*

*

*

5.

Эксплуатация и сервисное обслуживание аналитико-диагностических комплексов.

*

*






Заключение

*






4.2. Содержание разделов дисциплины

  • Введение.

Физические явления при взаимодействии излучения с твердым телом. Характеристика излучения (фотоны, электроны, ионы). Основы физики электрон- и ион-атомных столкновений. Принципы получения и формирования зондирующего излучения. Детекторы излучения. Классификация методов диагностики материалов и структур электроники.

  • 1.Основные методы измерения электрофизических параметров полупроводниковых материалов и структур.

Методы измерения удельного сопротивления полупроводниковых материалов и структур. Двухзондовый метод измерения. Четырехзондовый метод измерения. Метод Ван-дер-Пау. Бесконтактные методы измерения. Методы измерения концентрации носителей заряда в полупроводниках. Эффект Холла. Вольт-фарадный метод. Измерение распределения концентрации ионизированных примесей в диффузионных, эпитаксиальных и ионно-легированных полупроводниковых слоях. Методы измерения основных параметров глубоких центров в полупроводниках. Электронный парамагнитный резонанс. Нестационарная емкостная спектроскопия глубоких уровней. Метод изотермической релаксации емкости. Оптические методы исследования. Методы измерения параметров неравновесных носителей заряда. Измерение диффузионной длины методом подвижного светового или электронного зонда. Измерение диффузионной длины и времени жизни методом движущегося светового или электронного зонда. Измерение времени жизни методом модуляции проводимости точечным контактом. Методы измерения параметров неравновесных носителей заряда, основанные на процессах релаксации фотопроводимости, люминесценции и ФЭМ-эффекта. Методы измерения параметров МДП-структур. Методы измерения поверхностного заряда МДП-структур. Измерение объемного генерационного времени жизни носителей заряда в МДП-структуре. Определение параметров диэлектрических пленок МДП-структур.


  • 2. Прецизионная профилометрия поверхнности и методы измерения геометрических размеров в структурах электроники.

Эллипсометрия. Метод окрашивания шлифа. Микроинтерферометрия в видимой и инфракрасной областях спектра. Контроль рельефа поверхности структур электроники методами сканирующей туннельной микроскопии и атомно-силовой микроскопии.

  • 3. Измерение морфологии поверхности, состава твердых тел и концентрационных профилей методами электронной микроскопии, электронной и ионной спектроскопии.

Упругое и неупругое рассеяние электронов. Вторичная электронная эмиссия. Распределение вторичных электронов по энергиям. Растровая и просвечивающая электронная микроскопия. Оже-процесс. Излучательные и безызлучательные переходы. Основные типы электронных спектрометров. Растровая электронная Оже-спектроскопия. Рентгеноспектральный микроанализ. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (ЭСХА). Дифракция быстрых и медленных электронов. Кинематика рассеяния ионов. Методы элементного и фазового анализа, основанные на исследовании рассеяния ионов. Рассеяние быстрых ионов. Формула Резерфорда. Эффекты каналирования. Рассеяние медленных ионов. Механизмы ионного распыления. Вторичная ионная эмиссия. Масс-спектрометрия вторичных ионов и вторичных нейтральных частиц. Лазерная масс-спектрометрия. Методы активационного анализа, основанные на зондирующем воздействии ускоренных частиц.

  • 4. Рентгеновские методы исследования состава и структуры твердых тел. Дифракционные методы анализа кристаллической структуры твердых тел.

Определение кристаллографической ориентации монокристаллов и тонких монокристаллических пленок. Рентгено-дифракционные методы оценки совершенства кристаллической структуры твердых тел. Рентгеновский фазовый анализ. Рентгено-флюоресцентный анализ. Рентгено-топографические методы изучения дефектов кристаллической структуры твердых тел. Методы оценки деформаций в твердых телах. Дифракционные методы оценки структуры поверхности монокристаллов.


  • 5. Эксплуатация и сервисное обслуживание аналитико-диагностических комплексов.

  • Заключение.


5. Лабораторные и практические занятия.

5.1. Лабораторный практикум.


№ п/п

№ раздела дисциплины

Наименование лабораторных работ


1.

1

  • Измерение удельного сопротивления полупроводниковых материалов и структур четырехзондовым методом.

  • Вольт-фарадный метод измерения концентрации носителей заряда и концентрационных профилей ионизированных примесей в полупроводниковых структурах.




2.

2

  • Эллипсометрический метод контроля параметров структур диэлектрик-полупроводник.

  • Сканирующая туннельная микроскопия поверхности структур электроники.




3.

3

  • Растровая электронная микроскопия - комплексный метод исследования морфологии и микроструктуры поверхности твердых тел.

  • Электронная Оже-спектроскопия – метод элементного и фазового анализа поверхности.

  • Дифракция быстрых электронов – экспресс-метод анализа поверхности твердых тел.

  • Рентгено-спектральный микроанализ многокомпонентных полупроводниковых материалов.

  • Вторично-ионная масс-спектрометрия полупроводниковых структур.

  • Анализ поверхности твердых тел методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (ЭСХА).


4.


4

  • Рентгеновская дифрактометрия твердых тел.

  • Рентгеновская дифракционная микроскопия (рентгеновская топография).

5.

5





5.2. Рекомендуемый перечень практических занятий.


№ п/п

№ раздела дисциплины

Темы практических занятий


1

1
  • Особенности и ограничения методов измерения электрофизических параметров материалов и структур электроники.


  • Оценки аналитических возможностей оптических методов измерения концентрации носителей заряда и характеристических параметров неравновесных носителей заряда в полупроводниках.

2.

2
  • Анализ локальности метода сканирующей туннельной микроскопии.


3.

3
  • Сравнительный анализ продольной и латеральной локальности методов электронной спектроскопии твердых тел.


  • Моделирование спектров обратного рассеяния ионов высоких энергий на примерах типовых многослойных структур электроники.

  • Оценки чувствительности методов активационного анализа состава твердых тел.

4.

4

  • Рентгеновские методы идентификации фаз гетерогенных систем полупроводникового материаловедения.

  • Интерпретация рентгеновских дифрактограмм полупроводниковых структур с различными типами кристаллических решеток и различной степенью разупорядоченности.


5.

5




6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.

6.1. Рекомендуемая литература.
а) основная литература:

  1. Бублик В.Т., Дубровина А.Н. Методы исследования структуры полупроводников и металлов. – М.: Высшая школа, 1987 г., 272 с.

  2. Бублик В.Т., Дубровина А.Н. Сборник задач и упражнений по курсу “Методы исследования структур”. - М.: Высшая школа, 1988 г., 190 с.

  3. Павлов Л.И. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов.- М.: Высшая школа, 1987 г., 239 с.

  4. Фелдман Л., Майер Д. Основы анализа поверхности и тонких пленок. – М.: Мир, 1989 г.

  5. Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхности. - М.: Мир, 1989 г.


б) дополнительная литература:

  1. Петров Н.Н., Аброян И.А. Диагностика поверхности с помощью ионных пучков. – Л.:Изд.ЛГУ, 1987 г.

  2. Зигбан К., Нордлинг К., Фальман и др. Электронная спектроскопия. – М.:Мир, 1971 г.

  3. Анализ поверхности методом Оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.Под ред. Д. Бриггса и М.П. Сиха – М.:Мир, 1987 г.

  4. Измерения и контроль в микроэлектронике. Под ред. Сазонова А.А. – М.: высшая школа,1984 г.

  5. Черепин В.Т. Ионный зонд. – Киев: Наукова думка, 1981 г.

  6. Микроанализ и растровая электронная микроскопия. Под ред. Ф. Морис, Л. Мени, Р. Тиксье. М.: Металлургия, 1985 г.


6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины.

  • Компьютерная программа моделирования картин дифракции быстрых электронов в твердых телах.
  • Компьютерная программа моделирования рентгеновских дифрактограмм материалов и структур электроники.


  • Компьютерная программа анализа и обработки спектральной информации (Оже-электронная спектроскопия, рентгено-спектральный микроанализ, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия).

  • Компьютерная программа ZAF- коррекции для количественного рентгено-спектрального микроанализа.

  • Компьютерная программа для формирования и обработки изображений в различных режимах растровой электронной микроскопии.


7. Материально-техническое обеспечение дисциплины.

  • Лаборатория электронно-зондовой диагностики и электронной спектроскопии материалов и структур электроники:

  • автоматизированный растровый электронный микроскоп;

  • автоматизированный дифрактометр быстрых электронов;

  • просвечивающий электронный микроскоп;

  • электронный Оже-спектрометр;

  • Эсха-спектрометр;

  • рентгеноспектральный микроанализатор.

  • Лаборатория ионной диагностики:

  • вторичный ионный масс-спектрометр;

  • Лаборатория электрофизических измерений:

  • стенд для измерения удельного сопротивления полупроводниковых

материалов и структур;

  • стенд для вольт-фарадных измерений параметров структур с объемным зарядом;

  • Лаборатория измерения морфологии поверхности и геометрических размеров структур электроники:

  • сканирующий туннельный микроскоп – профилометр;

  • эллипсометр.

  • Лаборатория методов рентгеновской диагностики материалов и структур микроэлектроники:

  • рентгеновский дифрактометр;

  • рентгено-флюоресцентный спектрометр.




  1. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.

Для реализации целей и задач курса предлагается предусмотреть в программе дисциплины курсовые работы. Требования к содержанию курсовой работы определяются характером задачи по исследованию конкретного типа технологического процесса, материала, структуры, прибора. В курсовой работе должны быть отражены следующие вопросы:


  • анализ основных характеристик и параметров объекта исследования;

  • выбор и обоснование экспериментального метода (или методов) исследования, аппаратуры для его (их) реализации;

  • оценка погрешности измерений (инструментальной и методической);

  • разработка методики измерений заданной совокупности параметров объекта.



Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированных специалистов 6541.00 – «Электроника и микроэлектроника», специальность 200100 «Микроэлектроника и твердотельная электроника»

Программу составили:


Ильин В.А.


- доцент С.-Петербургского государственного электротехнического университета “ЛЭТИ”

Петров А.А.

- доцент С.-Петербургского государственного электротехнического университета “ЛЭТИ”

Блистанов А.А.


– профессор Московского государственного института стали и сплавов

Бублик В.Т.

- профессор Московского государственного института стали и сплавов



Программа одобрена на заседании учебно-методического совета по специальности 200100 «Микроэлектроника и твердотельная электроника» 15 ноября 2000 г., протокол № 18.


Председатель Совета УМО по образованию

в области автоматики, электроники, микро-

электроники и радиотехники Пузанков Д.В.