2022 Fiscal Year Annual Research Report
Understanding of SEM secondary electron voltage contrast and development of quantification method
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18K04246
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| Research Institution | Chubu University |
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Principal Investigator |
田中 成泰 中部大学, 生命健康科学部, 教授 (70217032)
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2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | シリコン / p-n接合 / 走査型電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
半導体p-n接合のSEM像で見られるp型とn型の信号強度の違いの成因について、試料としてはシリコンを想定しシミュレーションを用いて検討している。まずは試料表面のポテンシャルに注目した。そこでこのバンドの曲がりを考慮したGEANT4を用いた電子散乱のモンテカルロシミュレーションを行い、SEM信号強度が説明できないか調べたが、SEMの信号強度の違いが説明できるほどの二次電子放出量の違いは得られなかった。そこで次にp型とn型では接合形成により表面のエネルギー準位が違ってくることに注目した。GEANT4を用いたシミュレーションより、表面から脱出する二次電子のエネルギー分布をp型、n型に対して求め、p-nのコントラストを推定したところ、実験値とよく一致した。このことは仕事関数がp-nのコントラストを決める大きな要因あることを示している。しかし、モンテカルロシミュレーションは様々な散乱過程を考慮し精密に計算を行えるが、時間がかかり、実験結果との比較に手間がかかる。そこで迅速に実験結果の解釈が出来ることを目指して、仕事関数を考慮した二次電子スペクトルの理論式を使うこととした。p型、n型からの二次電子放出の機構についてはpatch-fieldモデルを参考にして二次電子のスペクトルを計算し、p-nの二次電子像のコントラストを推定してみたところ、シリコン、GaNなどで実験結果をよく再現することが分かった。このことは、p-n接合における二次電子強度の違いは、接合の形成によって仕事関数の大きさが変わることがおおもとの原因であることを示している。また、本手法によって、p-n接合のコントラストから逆に接合のポテンシャル差を求めることが出来るようになった。
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