Kapazitäts-Spannungs-Spektroskopie - Versionsgeschichte

P Lab: /* Hardwareanwendung */

2009-08-14T09:19:43Z

‎Hardwareanwendung

P Lab: /* Measurement setup */

2009-08-14T09:17:53Z

‎Measurement setup

P Lab: /* Measurement setup */

2009-08-14T08:02:59Z

‎Measurement setup

P Lab: /* Measurement setup */

2009-08-14T08:01:38Z

‎Measurement setup

P Lab: /* Physikalischer Hintergrund */

2009-08-14T07:55:37Z

‎Physikalischer Hintergrund

P Lab: /* Hardwareanwendung */

2009-08-10T11:55:03Z

‎Hardwareanwendung

P Lab am 10. August 2009 um 10:54 Uhr

2009-08-10T10:54:11Z

P Lab: /* Softwareanwendung */

2009-08-10T10:13:03Z

‎Softwareanwendung

P Lab: /* Softwareanwendung */

2009-08-10T10:09:56Z

‎Softwareanwendung

P Lab am 7. August 2009 um 12:38 Uhr

2009-08-07T12:38:11Z

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 == Hardwareanwendung ==
 [[Datei:FKP_W_LCR1.png|thumb]][[Datei:FKP_W_LCR2.png|thumb]]
-In dem Labor, in dem man CV-Messungen durchführen kann, werden Sie die nebenstehende LCR-Meter vorfinden. Beide Messgeräte sind identisch und können über den großen O|I-Schalter ein- bzw ausgeschaltet werden. Wesentlich für den Anschluss an den Probenhalter sind die <math>\text{L}_{\text{CUR}}</math>-, <math>\text{L}_{\text{POT}}</math>-, <math>\text{H}_{\text{POT}}</math>-, <math>\text{H}_{\text{CUR}}</math>-Anschlüsse, die sich unter der graphischen Anzeige des LCR-Meters befinden. Wenn Sie ein n-leitende Halbleiterprobe haben, dann schließen Sie <math>\text{L}_{\text{CUR}}</math> und <math>\text{L}_{\text{POT}}</math> an den BNC-Anschluss am Probenhalter, der zu einem der Eckkontakte der Halbleiterprobe gehört. <math>\text{H}_{\text{POT}}</math> und <math>\text{H}_{\text{CUR}}</math> schließen Sie an den BNC-Anschluss am Probenhalter, der zum gewünschten Gate auf der Halbleiterprobe gehört.
+In dem Labor, in dem man CV-Messungen durchführen kann, werden Sie die nebenstehende LCR-Meter vorfinden. Beide Messgeräte sind identisch und können über den großen O|I-Schalter ein- bzw ausgeschaltet werden. Wesentlich für den Anschluss an den Probenhalter sind die <math>\text{L}_{\text{CUR}}</math>-, <math>\text{L}_{\text{POT}}</math>-, <math>\text{H}_{\text{POT}}</math>-, <math>\text{H}_{\text{CUR}}</math>-Anschlüsse, die sich unter der graphischen Anzeige des LCR-Meters befinden. Wenn Sie eine n-leitende Halbleiterprobe haben, dann schließen Sie <math>\text{L}_{\text{CUR}}</math> und <math>\text{L}_{\text{POT}}</math> an den BNC-Anschluss am Probenhalter, der zu einem der Eckkontakte der Halbleiterprobe gehört. <math>\text{H}_{\text{POT}}</math> und <math>\text{H}_{\text{CUR}}</math> schließen Sie an den BNC-Anschluss am Probenhalter, der zum gewünschten Gate auf der Halbleiterprobe gehört. Haben Sie eine p-leitende Halbleiterprobe, dann ist es genau umgekehrt.

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 === ''Measurement setup'' ===
-Die für die Messung benutzte Frequenz stellt man in ''Frequency'' ein. Für eine volumendotierte Halbleiterprobe kann man im Allgemeinen sagen, dass bei hochdotierten Proben (<math>\text{N}_\text{D}= 10^{-18}\text{cm}^{-3}</math>) die Frequenz (ca. 200kHz) höher sein muss als bei moderatdotierten Proben (<math>\text{N}_\text{D}= 10^{-16}\text{cm}^{-3}</math> mit ca. 100kHz). Ferner wird man die Frequenz auch bei Messung in flüssigem Helium absenken müssen. Es kann nicht für alle Arten von Halbleiterproben eine Faustregel gegeben werden; die Wahl der Frequenz kann über den Phasenwinkel wesentlich erleichtert werden. Der Phasenwinkel (''Phase angle'') <math>\Phi</math> wird neben dem sekundären Wert angezeigt. <math>\Phi</math> sollte über ein möglichst großes Spannungsintervall größer als 80° sein, wenn möglich sehr nahe an 90°, um eine gute Messung zu gewährleisten. Ferner kann die Integrationszeit (''Integration Time'') von "short" bis "long" eingestellt werden. Lange Integrationszeiten liefern ein fundiertes Messergebnis.
+Die für die Messung benutzte Frequenz stellt man in ''Frequency'' ein. Für eine volumendotierte Halbleiterprobe kann man im Allgemeinen sagen, dass bei hochdotierten Proben (<math>\text{N}_\text{D}= 10^{-18}\text{cm}^{-3}</math>) die Frequenz (ca. 200kHz) höher sein muss als bei moderatdotierten Proben (<math>\text{N}_\text{D}= 10^{-16}\text{cm}^{-3}</math> mit ca. 100kHz). Ferner wird man die Frequenz auch bei Messung in flüssigem Helium absenken müssen. Es kann nicht für alle Arten von Halbleiterproben eine Faustregel gegeben werden; die Wahl der Frequenz kann über den Phasenwinkel wesentlich erleichtert werden. Der Phasenwinkel (''Phase angle'') <math>\Phi</math> wird neben dem sekundären Wert angezeigt. <math>\Phi</math> sollte über ein möglichst großes Spannungsintervall größer als 80° sein, wenn möglich sehr nahe an 90°, um eine gute Messung zu gewährleisten. Die Frequenzabhängigkeit von Kapazität und Leitfähigkeit nimmt mit steigender Frequenz ab und sie ist oberhalb von 100kHz kaum noch nachweisbar.
-Der Phasenwinkel wird wie folgt berechnet:
+Ferner kann die Integrationszeit (''Integration Time'') von "short" bis "long" eingestellt werden. Lange Integrationszeiten liefern ein fundiertes Messergebnis.
 === ''CD-bias sweep control'' ===

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 === ''Measurement setup'' ===
-Die für die Messung benutzte Frequenz stellt man in ''Frequency'' ein. Für eine volumendotierte Halbleiterprobe kann man im Allgemeinen sagen, dass bei hochdotierten Proben (<math>\text{N}_\text{D}= 10^{-18}\text{cm}^{-3}</math>) die Frequenz (200kHz) höher sein muss als bei moderatdotierten Proben (<math>\text{N}_\text{D}= 10^{-16}\text{cm}^{-3}</math> mit 100kHz). Ferner wird man die Frequenz auch bei Messung in flüssigem Helium absenken müssen. Es kann nicht für alle Arten von Halbleiterproben eine Faustregel gegeben werden; die Wahl der Frequenz kann über den Phasenwinkel wesentlich erleichtert werden. Der Phasenwinkel (''Phase angle'') <math>\Phi</math> wird neben dem sekundären Wert angezeigt. <math>\Phi</math> sollte über ein möglichst großes Spannungsintervall größer als 80° sein, wenn möglich sehr nahe an 90°, um eine gute Messung zu gewährleisten. Ferner kann die Integrationszeit (''Integration Time'') von "short" bis "long" eingestellt werden. Lange Integrationszeiten liefern ein fundiertes Messergebnis.
+Die für die Messung benutzte Frequenz stellt man in ''Frequency'' ein. Für eine volumendotierte Halbleiterprobe kann man im Allgemeinen sagen, dass bei hochdotierten Proben (<math>\text{N}_\text{D}= 10^{-18}\text{cm}^{-3}</math>) die Frequenz (ca. 200kHz) höher sein muss als bei moderatdotierten Proben (<math>\text{N}_\text{D}= 10^{-16}\text{cm}^{-3}</math> mit ca. 100kHz). Ferner wird man die Frequenz auch bei Messung in flüssigem Helium absenken müssen. Es kann nicht für alle Arten von Halbleiterproben eine Faustregel gegeben werden; die Wahl der Frequenz kann über den Phasenwinkel wesentlich erleichtert werden. Der Phasenwinkel (''Phase angle'') <math>\Phi</math> wird neben dem sekundären Wert angezeigt. <math>\Phi</math> sollte über ein möglichst großes Spannungsintervall größer als 80° sein, wenn möglich sehr nahe an 90°, um eine gute Messung zu gewährleisten. Ferner kann die Integrationszeit (''Integration Time'') von "short" bis "long" eingestellt werden. Lange Integrationszeiten liefern ein fundiertes Messergebnis.
 Der Phasenwinkel wird wie folgt berechnet:

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	Die für die Messung benutzte Frequenz stellt man in ''Frequency'' ein. Für eine volumendotierte Halbleiterprobe kann man im Allgemeinen sagen, dass bei hochdotierten Proben (<math>\text{N}_\text{D}= 10^{-18}\text{cm}^{-3}</math>) die Frequenz (200kHz) höher sein muss als bei moderatdotierten Proben (<math>\text{N}_\text{D}= 10^{-16}\text{cm}^{-3}</math> mit 100kHz). Ferner wird man die Frequenz auch bei Messung in flüssigem Helium absenken müssen. Es kann nicht für alle Arten von Halbleiterproben eine Faustregel gegeben werden; die Wahl der Frequenz kann über den Phasenwinkel wesentlich erleichtert werden. Der Phasenwinkel (''Phase angle'') <math>\Phi</math> wird neben dem sekundären Wert angezeigt. <math>\Phi</math> sollte über ein möglichst großes Spannungsintervall größer als 80° sein, wenn möglich sehr nahe an 90°, um eine gute Messung zu gewährleisten. Ferner kann die Integrationszeit (''Integration Time'') von "short" bis "long" eingestellt werden. Lange Integrationszeiten liefern ein fundiertes Messergebnis.		Die für die Messung benutzte Frequenz stellt man in ''Frequency'' ein. Für eine volumendotierte Halbleiterprobe kann man im Allgemeinen sagen, dass bei hochdotierten Proben (<math>\text{N}_\text{D}= 10^{-18}\text{cm}^{-3}</math>) die Frequenz (200kHz) höher sein muss als bei moderatdotierten Proben (<math>\text{N}_\text{D}= 10^{-16}\text{cm}^{-3}</math> mit 100kHz). Ferner wird man die Frequenz auch bei Messung in flüssigem Helium absenken müssen. Es kann nicht für alle Arten von Halbleiterproben eine Faustregel gegeben werden; die Wahl der Frequenz kann über den Phasenwinkel wesentlich erleichtert werden. Der Phasenwinkel (''Phase angle'') <math>\Phi</math> wird neben dem sekundären Wert angezeigt. <math>\Phi</math> sollte über ein möglichst großes Spannungsintervall größer als 80° sein, wenn möglich sehr nahe an 90°, um eine gute Messung zu gewährleisten. Ferner kann die Integrationszeit (''Integration Time'') von "short" bis "long" eingestellt werden. Lange Integrationszeiten liefern ein fundiertes Messergebnis.
		+
		+	Der Phasenwinkel wird wie folgt berechnet:
		+	<math>\phi=\arctan\left(\frac{1}{\omega R C}\right)</math>

	=== ''CD-bias sweep control'' ===		=== ''CD-bias sweep control'' ===

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 Die Schottky-Barrieren-Höhe kann dann mittels
-<div align="center"><math>\phi_{B_n}=U_D+U_n+\frac{kT}{e}-\Delta\phi</math></div>
+<div align="center"><math>\phi_{B_n}=U_D+U_n+\frac{kT}{e}-\Delta\varphi</math></div>
-errechnet werden, wobei <math>U_N</math> die Energiedifferenz zwischen Leitungsbandkante und Fermi-Level und <math>\Delta\Phi</math> die Barrierenabsenkung aufgrund des Bildladungs-Effektes zwischen Flachband- und Null-Bias-Fall ist.
+errechnet werden, wobei <math>U_N</math> die Energiedifferenz zwischen Leitungsbandkante und Fermi-Level und <math>\Delta\phi</math> die Barrierenabsenkung aufgrund des Bildladungs-Effektes zwischen Flachband- und Null-Bias-Fall ist.
 == Softwareanwendung ==

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	Ist man mit der gemachten Messung zufrieden kann man seine Werte abspeichern lassen. Nach jedem Messdurchgang wird man danach gefragt, ob man die Messung abspeichern möchte. Falls ja, öffnet sich ein Dialog zur Speicherung, in dem man den Dateiort und -namen eingeben kann. Der Dateiname sollte soviel Messdetails wie möglich/nötig enthalten (z.B. Messtemperatur, -frequenz, Integrationszeit, Probennummer etc.), so dass man eine eindeutige Zuordnung hat.		Ist man mit der gemachten Messung zufrieden kann man seine Werte abspeichern lassen. Nach jedem Messdurchgang wird man danach gefragt, ob man die Messung abspeichern möchte. Falls ja, öffnet sich ein Dialog zur Speicherung, in dem man den Dateiort und -namen eingeben kann. Der Dateiname sollte soviel Messdetails wie möglich/nötig enthalten (z.B. Messtemperatur, -frequenz, Integrationszeit, Probennummer etc.), so dass man eine eindeutige Zuordnung hat.
		+
		+	== Hardwareanwendung ==
		+	[[Datei:FKP_W_LCR1.png\|thumb]][[Datei:FKP_W_LCR2.png\|thumb]]
		+	In dem Labor, in dem man CV-Messungen durchführen kann, werden Sie die nebenstehende LCR-Meter vorfinden. Beide Messgeräte sind identisch und können über den großen O\|I-Schalter ein- bzw ausgeschaltet werden. Wesentlich für den Anschluss an den Probenhalter sind die <math>\text{L}_{\text{CUR}}</math>-, <math>\text{L}_{\text{POT}}</math>-, <math>\text{H}_{\text{POT}}</math>-, <math>\text{H}_{\text{CUR}}</math>-Anschlüsse, die sich unter der graphischen Anzeige des LCR-Meters befinden. Wenn Sie ein n-leitende Halbleiterprobe haben, dann schließen Sie <math>\text{L}_{\text{CUR}}</math> und <math>\text{L}_{\text{POT}}</math> an die BNC-Anschlüsse am Probenhalter, die zu den Eckkontakten der Halbleiterprobe gehören. <math>\text{H}_{\text{POT}}</math> und <math>\text{H}_{\text{CUR}}</math> schließen Sie an den BNC-Anschluss am Probenhalter, der zum gewünschten Gate auf der Halbleiterprobe gehört.

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 == Softwareanwendung ==
-[[Datei:FKP_W_CV.png|right|500px]]
+[[Datei:FKP_W_CV.png|center]]
 Nachdem man die Anwendung CV_5e.vi, die sich auf dem Desktop des betreffenden Rechners befindet, gestartet hat, wird man das nebenstehende Bild zu sehen bekommen. Das Startbild gliedert sich in drei Fenster:
 * ''Measurement setup''
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 === ''CD-bias sweep control'' ===
-In diesem Fenster kann man das Spannungsintervall festlegen (''Start/Stop Voltage''). Die Schrittweite der Messung kann in ''Step Voltage'' festgelegt werden.
+In diesem Fenster kann man das Spannungsintervall festlegen (''Start/Stop Voltage''). Die Schrittweite der Messung kann in ''Step Voltage'' festgelegt werden (Feinheit der Messung).
 === ''Messergebnisse und Darstellung'' ===

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	== Softwareanwendung ==		== Softwareanwendung ==
		+	[[Datei:FKP_W_CV.png\|right\|500px]]
		+	Nachdem man die Anwendung CV_5e.vi, die sich auf dem Desktop des betreffenden Rechners befindet, gestartet hat, wird man das nebenstehende Bild zu sehen bekommen. Das Startbild gliedert sich in drei Fenster:
		+	* ''Measurement setup''
		+	* ''DC-bias sweep control''
		+	* Messergebnisse und Darstellung
		+
		+	Um sich die Kapazität und die Leitfähigkeit anzeigen zu lassen wird in '''Measurement setup'''<math>\rightarrow</math> ''Impedance Type'' auf CPG gestellt. Die primäre Größe "Kapazität" und die sekundäre Größe "Leitfähigkeit" werden dann in der Darstellung der Messergebnisse angezeigt.
		+
		+
		+	=== ''Measurement setup'' ===
		+
		+	Die für die Messung benutzte Frequenz stellt man in ''Frequency'' ein. Für eine volumendotierte Halbleiterprobe kann man im Allgemeinen sagen, dass bei hochdotierten Proben (<math>\text{N}_\text{D}= 10^{-18}\text{cm}^{-3}</math>) die Frequenz (200kHz) höher sein muss als bei moderatdotierten Proben (<math>\text{N}_\text{D}= 10^{-16}\text{cm}^{-3}</math> mit 100kHz). Ferner wird man die Frequenz auch bei Messung in flüssigem Helium absenken müssen. Es kann nicht für alle Arten von Halbleiterproben eine Faustregel gegeben werden; die Wahl der Frequenz kann über den Phasenwinkel wesentlich erleichtert werden. Der Phasenwinkel (''Phase angle'') <math>\Phi</math> wird neben dem sekundären Wert angezeigt. <math>\Phi</math> sollte über ein möglichst großes Spannungsintervall größer als 80° sein, wenn möglich sehr nahe an 90°, um eine gute Messung zu gewährleisten. Ferner kann die Integrationszeit (''Integration Time'') von "short" bis "long" eingestellt werden. Lange Integrationszeiten liefern ein fundiertes Messergebnis.
		+
		+	=== ''CD-bias sweep control'' ===
		+
		+	In diesem Fenster kann man das Spannungsintervall festlegen (''Start/Stop Voltage''). Die Schrittweite der Messung kann in ''Step Voltage'' festgelegt werden.
		+
		+	=== ''Messergebnisse und Darstellung'' ===
		+
		+	Hat man alle Einstellungen festgelegt, kann man über ''Start Measurement'' die Messung starten. Zu jedem Spannungswert, der angefahren wird, wird die Kapazität über ein LCR-Meter gemessen und am Bildschirm als Absolutwert und in einem Graphen dargestellt. Darüber hinaus wird der sekundäre Wert ''Leitfähigkeit'' berechnet und ebenfalls wie die Kapazität als Absolutwert und in einem Graphen dargestellt.
		+	----
		+	Hinweis: Um den optimalen Phasenwinkel/die optimale Frequenz zu finden eignen sich schnelle "Vorab-Messungen". Man stellt die Integrationszeit auf ''short'', die ''Step Voltage'' hoch (z.B. 50mV) und beobachtet zur eingestellten Frequenz den Phasenwinkel <math>\Phi</math>. Nach diesem Vorgehen kann man schnell die Frequenz finden, zu der <math>\Phi</math> zwischen 80° und 90° liegt.
		+	----
		+
		+	Ist man mit der gemachten Messung zufrieden kann man seine Werte abspeichern lassen. Nach jedem Messdurchgang wird man danach gefragt, ob man die Messung abspeichern möchte. Falls ja, öffnet sich ein Dialog zur Speicherung, in dem man den Dateiort und -namen eingeben kann. Der Dateiname sollte soviel Messdetails wie möglich/nötig enthalten (z.B. Messtemperatur, -frequenz, Integrationszeit, Probennummer etc.), so dass man eine eindeutige Zuordnung hat.

← Nächstältere Version		Version vom 7. August 2009, 12:38 Uhr
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	<div align="center"><math>\phi_{B_n}=U_D+U_n+\frac{kT}{e}-\Delta\phi</math></div>		<div align="center"><math>\phi_{B_n}=U_D+U_n+\frac{kT}{e}-\Delta\phi</math></div>
	errechnet werden, wobei <math>U_N</math> die Energiedifferenz zwischen Leitungsbandkante und Fermi-Level und <math>\Delta\Phi</math> die Barrierenabsenkung aufgrund des Bildladungs-Effektes zwischen Flachband- und Null-Bias-Fall ist.		errechnet werden, wobei <math>U_N</math> die Energiedifferenz zwischen Leitungsbandkante und Fermi-Level und <math>\Delta\Phi</math> die Barrierenabsenkung aufgrund des Bildladungs-Effektes zwischen Flachband- und Null-Bias-Fall ist.
		+
		+	== Softwareanwendung ==