Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caracterización de dispositivos y circuitos electrónicos Helena Castán Lanaspa Salvador Dueñas Carazo Héctor García García Máster Universitario de Investigación en Tecnologías de la Información y las Comunicaciones Profesores: Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación Miembros del: Grupo de Investigación Reconocido (GIR) Grupo de Caracterización de Materiales y Dispositivos Electrónicos

CONTENIDOS I. Introducción II. Instrumentación electrónica para la caracterización de materiales, dispositivos y circuitos electrónicos. III. Técnicas de caracterización eléctrica de materiales, estructuras y dispositivos electrónicos. IV. Técnicas de análisis de la respuesta en frecuencia de dispositivos electrónicos. V. Técnicas de medida y extracción de parámetros de circuitos electrónicos.

Introducción: Líneas de investigación Investigación en el campo de la caracterización eléctrica de materiales y dispositivos electrónicos. Puesta a punto un conjunto de técnicas estándar basadas en el análisis de los mecanismos de conducción y de los parámetros eléctricos (capacidad, conductancia, etc.). Modificaciones de estas técnicas estándar para su aplicación a estructuras particulares. Desarrollo y Aplicación de técnicas originales y nuevas variantes y que resultan más precisas o más adecuadas en determinadas circunstancias.

Desarrollo de nuevas técnicas de caracterización eléctrica de dispositivos semiconductores: Espectroscopía Óptica de Admitancia (OAS) Espectroscopía Óptica de Niveles Profundos a Capacidad Constante (CC-DLOS) Técnica de Transitorios Capacidad-Tensión (CVTT) Técnica de Transitorios de Conductancia (GTT) Análisis de Impedancia en Radio Frecuencia (RFIA) Técnica de Transitorios de Tensión de Banda Plana (VFB-t) Caracterización eléctrica y óptica de centros profundos en semiconductores. Caracterización de estados superficiales y defectos en el aislante en estructuras Metal-Aislante- Semiconductor. <<LEER>>

Procesos tecnológicos: Estudio de nuevos materiales y procesos de fabricación en Microelectrónica: Semiconductores: Silicio, GaAs, InP, AlGaAs, InGaAs, SiC, ZnO y otros. Dieléctricos: Nitruro de silicio, Óxido de Tántalo, Óxido de Titanio, Óxido de Hafnio, Óxido de Zirconio, y otros. Procesos tecnológicos: Anodización, Sputtering convencional y de alta presión, Deposición de Capas Atómicas (ALD) , Epitaxia de Haces Moleculares (MBE), Implantación Iónica, Etching … Estudio de dispositivos y técnicas avanzadas en Microelectrónica: Módulos Multichip, Silicio sobre Zafiro (SOS), Transistores de Alta Movilidad Electrónica (HEMT) de Nitruro de Galio (GaN).

Sinopsis de Técnicas Experimentales G-t :Perfiles DIGS tridimensionales VFB-t: Slow Traps CVTT: Perfiles de dañado en uniones muy superficiales CV, ADMITANCIA y DLTS:Estados superficiales en la interface RFIA: Caracterización en Alta Frecuencia

Líneas de investigación actuales Estudio de dieléctricos de alta permitividad que puedan sustituir al óxido de silicio en las futuras generaciones de circuitos integrados. Dieléctricos fabricados mediante la técnica de Deposición de capas atómicas (ALD, “Atomic Layer Deposition”) y Sputtering Reactivo de Alta Presión (HPRS). Caracterización de Células Solares de Silicio Policristalino (en colaboración con varias empresas: D.C. Wafers – Cenit Solar – Yokon Solar …)

Dieléctricos de alta permitividad: “High-K” Figure 1. Intel’s 45nm transistor with high-k dielectric and metal gate. Image courtesy of Intel Corp.

DRAM cells: r H Aspect ratio, AR = 2r/H

The alternative: High-K Dielectrics

High-K dielectrics requirements High permittivity Wide band-gap High band barriers to avoid tunneling Low density of electrically active defects Thermodynamic stability Film morphology Interface quality Compatibility with the current or expected materials to be used in processing for CMOS devices Process compatibility, and Reliability

As higher K as lower EG and band offsets Important drawbacks: As higher K as lower EG and band offsets

Líneas de investigación actuales: Células Solares

Células Solares: Principios básicos

Solar Energy Spectrum

Eficiencia de células solares

Eficiencia de células solares

Eficiencia de células solares

Técnicas de Caracterización utilizadas en el Laboratorio de Caracterización DIELÉCTRICOS CÉLULAS SOLARES Mecanismos de conducción I-V Medidas de resistividad del sustrato (Dopado de las Obleas de Partida) Spreading resistance, Método de las 4 puntas, Técnica de Van der Paw, Efecto Hall Caracterización eléctrica inicial Medidas Capacidad- Tensión, C-V Perfiles de dopado Medidas C-V en uniones Determinación de Estados Superficiales, Single-Shot DLTS Detección de Centros Profundos Single-Shot DLTS, Medidas de Admitancia Defectos en el Aislante Transitorios de Conductancia (GTT) Transitorios de Banda Plana (Vfb-t) Perfiles de Centros Profundos Técnica de Transitorios C-V (CVTT) Drive Level Capacitance Profiling (DLCP)

Técnicas de Análisis de Respuesta en Frecuencia de Dispositivos Electrónicos Líneas de transmisión Líneas Microstrip Métodos de ánalisis de Circuitos La Carta de Schmith Analizadores de Parámetros S Analizadores Vectoriales Acoplamiento de Impedancias (Impedance Matching Dispositivos de Semiconductores de Alta Frecuencia Circuitos Milimétricos

Técnicas de medida y extracción de parámetros de circuitos electrónicos Diodo de unión Modelos de gran y pequeña señal Modelos SPICE Transistor bipolar Modelos de Ebers-Moll y Gummel Transistor MOSFET Circuito equivalente de pequeña señal Modelos SPICE 1, 2 y 3. Modelos BSIM Técnicas de medida de parámetros de transistores BJT Técnicas de medida de parámetros de transistories MOS