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[第3版]半導体材料・デバイスの評価 ―パラメータ測定と解析評価の実際―

  • SEMICONDUCTOR MATERIAL AND DEVICE CHARACTERIZATION (THIRD EDITION)
★ 全世界で賞賛されているSemiconductor Material and Device Characterization(第3版)を完全翻訳!
★ 半導体材料および半導体デバイスの測定に必要な評価テクニックに関する唯一の教科書!
★ 半導体材料・デバイスの研究開発にかかわる試験, 解析, 評価の手法を詳細に解説!
★ 半導体材料・デバイス分野に従事する専門家はもちろん, 大学院生にもお薦めの1冊!

商品コード: S0771

  • 監修: (著者)ディーター・K・シュロゥダー/(訳)嶋田恭博
  • 発行日: 2012年5月
  • 価格(税込): 27,000 円
  • 体裁: A5判, 583ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0479-3

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  • 抵抗率 / キャリア密度 / ドーピング密度 / 接触抵抗 / ショットキー障壁 / 直列抵抗 / 太陽電池 / トランジスタ / チャネル長・幅 / 欠陥 / 酸化膜 / 電荷 / 半導体 / キャリア / 移動度 / プローブ測定 / 光学的評価法 / 信頼性 / 故障解析

刊行にあたって

 原書"Semiconductor Material and Device Characterization"は1990年の初版以来, 半導体評価技術の分野で長く支持されてきた数少ない成書の1つです。この第3版(2006年)は1998年の第2版に新たに2つの章を加えて刷新され, パラメータ測定から信頼性試験および故障解析まで, およそ半導体材料・デバイスの研究開発にかかわる試験, 解析, および評価の手法が網羅されることとなりました。また, 演習問題も各章に適切に配置されており, 実戦をこなしてスキルを身につけるというアメリカ合理主義の典型ともいえる体裁に仕上がっています。
 この第3版の訳出では, 原著者の意図をできるだけ正確に伝えるべく, 一意に解釈できない部分は逐一原著者のSchroder教授に問い合わせ, 原著者から直接解説や確認をいただき, 原著者の所期の意図が訳文に反映されるよう努めました。あわせて, 数式のほとんどをチェックし, 誤りや誤植と思われる部分はすべて原著者による確認をいただいたのち訂正しておきました。また, 初学者や半導体を専門としない読者に対して必要と思われるいくつかの部分を訳者の判断で脚注として補いましたが, 原書の完成度に対して蛇足とならなければ幸いです。

(「訳者あとがき」より抜粋)


【推薦のことば】

 本書は, 半導体材料, デバイス, その加工において必要な評価手法が, 電磁気学をはじめとして, 物理学に裏打ちされてまとめられている。これだけの広い範囲の計測手法を試すことは研究者・技術者でも難しい。1950年代に開発されたもの, 変形したもの, 最新法まで記述されており, 超微細化が進むデバイスに対しては, ナノレベルの走査型手法がとりあげられている。それぞれの方法の比較,適・不適についても記述されており, 理解を深めるためにexercise的な問題が用意されている。当該分野の人達にとって, 問題発生時にすぐに役立つハンドブック的存在になろう。
 少々細かすぎるところもあるが, これだけ幅広く記述されていることは珍しい。Si, Ge, GaAsなどのミドルギャップ半導体に対しては, この上もない書になろう。近年, 台頭してきているワイドギャップ半導体に対しては工夫が必要なところがある。
 原著者に敬意を表すとともに, 大作の翻訳は大仕事であり, 訳者の努力に驚嘆する。

松波弘之 (京都大学名誉教授(工学博士))


 著者は, 半導体に関して長年研究を行って多くの成果を上げており, この分野では世界的に著名な研究者である。半導体材料・デバイスの評価に関して, 基礎から応用まで, わかりやすく記述されており, 学生から第一線の研究者, 技術者にも有益な専門書である。半導体物理の基礎に立ち返って, これほど系統的に半導体材料・デバイスの評価について記述した書籍は他に例がない。半導体に関わる研究者, 技術者は一読に値する専門書である。

小柳光正 (東北大学 未来科学技術共同研究センター (NICHe) 教授)

著者一覧

著者 : ディーター・K・シュロゥダー(Dieter K. Schroder)
アリゾナ州立大学工学部電気工学科教授。
博士はアリゾナ州立大学工学部の優秀教育賞の受賞者であり, その他数々の教育賞を受賞している。
マクギル大学とイリノイ大学に学ぶ。
1968年にウェスティングハウス研究所に入所。
MOSデバイス, 撮像素子, パワーデバイス, 静磁波など半導体デバイスを多様な側面から研究。
1978年ドイツの応用固体物理学研究所に滞在。
1981年にアリゾナ州立大学固体電子工学センターへ移籍。
最近のテーマは, 半導体材料およびデバイス, 評価技術, 低消費電力電子工学, および半導体中の欠陥。
Advanced MOS DevicesとSemiconductor Material and Device Characterizationの2つの著書があり, 150編以上の論文の著者で, 5つの特許を所有している。
米国電気電子学会(IEEE)フェロー。

訳者 : 嶋田恭博(しまだ・やすひろ)
1982年, 電気通信大学物理工学科卒業。同年松下電器産業(株)入社。
リソグラフィ用エキシマレーザーの開発, 強誘電体メモリ, 機能薄膜材料, イメージセンサの開発に従事。
工学博士(2003年,京都大学)。
応用物理学会会員。
現在パナソニック(株)エコソリューションズ社勤務。

目次

第3版への序文

1. 抵抗率
1.1 序論
1.2 2点プローブ法と4点プローブ法
1.2.1 補正因子
1.2.2 任意形状サンプルの抵抗率
1.2.3 測定回路
1.2.4 測定誤差と対策
1.3 ウェハマッピング
1.3.1 二重打込み
1.3.2 変調光反射率測定法
1.3.3 キャリア照明法
1.3.4 光学濃度測定
1.4 抵抗率のプロファイル
1.4.1 差分ホール効果法
1.4.2 分散抵抗プロファイル法
1.5 非接触法
1.5.1 渦電流
1.6 伝導性の型
1.7 強みと弱み
補遺1.1 抵抗率のドーピング密度依存性
補遺1.2 真性キャリア密度
文献
おさらい

2. キャリア密度とドーピング密度
2.1 序論
2.2 容量―電圧法(C-V)
2.2.1 微分容量法
2.2.2 バンドオフセット
2.2.3 最大―最小MOSキャパシタ容量法
2.2.4 積分容量法
2.2.5 水銀プローブコンタクト
2.2.6 電気化学的C-Vプロファイラ
2.3 電流―電圧特性(I-V)
2.3.1 MOSFETの基板電圧―ゲート電圧法
2.3.2 MOSFETのしきい値電圧法
2.3.3 分散抵抗法
2.4 測定誤差と対策
2.4.1 デバイの長さと電圧破壊
2.4.2 直列抵抗
2.4.3 少数キャリアと界面トラップ
2.4.4 ダイオードのエッジと浮遊容量
2.4.5 過大なリーク電流
2.4.6 深い準位にあるドーパントおよびトラップ
2.4.7 半絶縁性基板
2.4.8 機器の制約
2.5 ホール効果
2.6 光学的方法
2.6.1 プラズマ共鳴
2.6.2 自由キャリアによる吸収
2.6.3 赤外分光法
2.6.4 フォトルミネセンス法
2.7 二次イオン質量分析法
2.8 ラザフォード後方散乱法
2.9 横方向のプロファイル
2.10 強みと弱み
補遺2.1 並列接続か直列接続か
補遺2.2 回路の変換
文献
おさらい

3. 接触抵抗とショットキー障壁
3.1 序論
3.2 金属―半導体コンタクト
3.3 接触抵抗
3.4 測定テクニック
3.4.1 2点コンタクト2端子法
3.4.2 マルチコンタクト2端子法
3.4.3 4端子接触抵抗法
3.4.4 6端子接触抵抗法
3.4.5 非平面コンタクト
3.5 ショットキー障壁の高さ
3.5.1 電流―電圧法(I-V)
3.5.2 電流―温度法(I-T)
3.5.3 容量―電圧法(C-V)
3.5.4 光電流法
3.5.5 弾道電子放出顕微鏡法
3.6 方法の比較
3.7 強みと弱み
補遺3.1 寄生抵抗の効果
補遺3.2 半導体とのコンタクト合金
文献
おさらい

4. 直列抵抗,チャネルの長さと幅,しきい値電圧
4.1 序論
4.2 pn接合ダイオード
4.2.1 電流―電圧特性(I-V)
4.2.2 開放回路電圧減衰法
4.2.3 容量―電圧法(C-V)
4.3 ショットキー障壁ダイオード
4.3.1 直列抵抗
4.4 太陽電池
4.4.1 直列抵抗―多重光強度法
4.4.2 直列抵抗―照明強度一定
4.4.3 並列抵抗
4.5 バイポーラ接合トランジスタ
4.5.1 エミッタ抵抗
4.5.2 コレクタ抵抗
4.5.3 ベース抵抗
4.6 MOSFET
4.6.1 直列抵抗とチャネル長:電流―電圧法
4.6.2 チャネル長:容量―電圧法
4.6.3 チャネル幅
4.7 MESFETとMODFET
4.8 しきい値電圧
4.8.1 線形外挿法
4.8.2 定ドレイン電流法
4.8.3 サブスレッショルドドレイン電流法
4.8.4 相互コンダクタンス法
4.8.5 相互コンダクタンス導関数法
4.8.6 ドレイン電流比
4.9 擬似MOSFET
4.10 強みと弱み
補遺4.1 ショットキー・ダイオードの電流―電圧の式
文献
おさらい

5. 欠陥の密度と準位
5.1 序論
5.2 生成―再結合の統計
5.2.1 視覚的描写
5.2.2 数学的記述
5.3 容量測定
5.3.1 定常状態での測定
5.3.2 過渡測定
5.4 電流の測定
5.5 電荷の測定
5.6 深い準位の過渡スペクトル分析
5.6.1 従来のDLTS
5.6.2 界面トラップ電荷DLTS
5.6.3 光および走査DLTS
5.6.4 諸注意
5.7 熱誘起容量法および熱誘起電流法
5.8 陽電子消滅スペクトル分析法
5.9 強みと弱み
補遺5.1 活性化エネルギーと捕獲断面積
補遺5.2 時定数の抽出
補遺5.3 SiとGaAsのデータ
文献
おさらい

6. 酸化膜および界面にトラップされた電荷,酸化膜の厚さ
6.1 序論
6.2 固定電荷,酸化膜中のトラップ電荷,酸化膜中の可動電荷
6.2.1 容量―電圧曲線
6.2.2 フラットバンド電圧
6.2.3 容量測定
6.2.4 固定電荷
6.2.5 ゲートと半導体の仕事関数差
6.2.6 酸化膜中にトラップされた電荷
6.2.7 可動電荷
6.3 界面にトラップされた電荷
6.3.1 低周波(準静的)方法
6.3.2 コンダクタンス法
6.3.3 高周波法
6.3.4 チャージポンピング法
6.3.5 MOSFETのサブスレッショルド電流
6.3.6 DCI-V法
6.3.7 その他の方法
6.4 酸化膜の厚さ
6.4.1 容量―電圧法
6.4.2 電流―電圧法
6.4.3 その他の方法
6.5 強みと弱み
補遺6.1 容量測定のテクニック
補遺6.2 チャックの容量とリーク電流の影響
文献
おさらい

7. キャリアの寿命
7.1 序論
7.2 再結合寿命と表面再結合速度
7.3 生成寿命と表面生成速度
7.4 再結合寿命:光学的測定
7.4.1 光伝導減衰法
7.4.2 準定常状態の光伝導
7.4.3 短絡回路電流,開放回路電圧の減衰
7.4.4 フォトルミネセンス減衰法
7.4.5 表面光起電圧法
7.4.6 定常状態の短絡回路電流
7.4.7 自由キャリアによる光吸収
7.4.8 電子線誘起電流法
7.5 再結合寿命:電気的測定
7.5.1 ダイオードの電流―電圧法
7.5.2 逆方向回復法
7.5.3 開放回路電圧減衰法
7.5.4 パルス印加MOSキャパシタ法
7.5.5 その他の方法
7.6 生成寿命:電気的測定
7.6.1 ゲート制御ダイオード
7.6.2 パルス印加MOSキャパシタ法
7.7 強みと弱み
補遺7.1 光励起
補遺7.2 電気的励起
文献
おさらい

8. 移動度
8.1 序論
8.2 伝導率移動度
8.3 ホール効果と移動度
8.3.1 均一な層またはウェハに対する基礎方程式
8.3.2 均一でない層
8.3.3 多層構造
8.3.4 サンプル形状と測定回路
8.4 磁気抵抗移動度
8.5 飛行時間によるドリフト移動度
8.6 MOSFETの移動度
8.6.1 有効移動度
8.6.2 電界効果移動度
8.6.3 飽和移動度
8.7 移動度の非接触測定
8.8 強みと弱み
補遺8.1 半導体バルクの移動度
補遺8.2 半導体表面の移動度
補遺8.3 チャネル周波数応答の効果
補遺8.4 界面トラップ電荷の効果
文献
おさらい

9. 電荷のプローブ測定
9.1 序論
9.2 背景
9.3 表面への電荷の着電
9.4 ケルビン・プローブ
9.5 応用
9.5.1 表面光起電圧
9.5.2 キャリア寿命
9.5.3 表面修飾
9.5.4 表面近傍のドーピング密度
9.5.5 酸化膜中の可動電荷
9.5.6 酸化膜の厚さと界面トラップ密度
9.5.7 酸化膜のリーク電流
9.6 走査プローブ顕微鏡法
9.6.1 走査トンネル顕微鏡法
9.6.2 原子間力顕微鏡法
9.6.3 走査容量顕微鏡法
9.6.4 走査ケルビン・プローブ顕微鏡法
9.6.5 走査分散抵抗顕微鏡法
9.6.6 弾道電子放出顕微鏡法
9.7 強みと弱み
文献
おさらい

10. 光学的評価法
10.1 序論
10.2 光学顕微鏡
10.2.1 分解能,倍率,コントラスト
10.2.2 暗視野顕微鏡,位相差顕微鏡,干渉コントラスト顕微鏡
10.2.3 共焦点光学顕微鏡法
10.2.4 干渉顕微鏡法
10.2.5 欠陥のエッチング
10.2.6 近接場光学顕微鏡法
10.3 エリプソメトリ
10.3.1 理論
10.3.2 消光型エリプソメトリ
10.3.3 回転検光子エリプソメトリ
10.3.4 分光エリプソメトリ
10.3.5 用途
10.4 透過法
10.4.1 理論
10.4.2 機器
10.4.3 用途
10.5 反射法
10.5.1 理論
10.5.2 用途
10.5.3 内部反射赤外分光法
10.6 光散乱法
10.7 変調分光法
10.8 線幅
10.8.1 光学的測定法と物理的測定法
10.8.2 電気的方法
10.9 フォトルミネセンス
10.10 ラマン分光法
10.11 強みと弱み
補遺10.1 透過の式
補遺10.2 興味ある半導体の吸収係数と屈折率
文献
おさらい

11. 化学的および物理的な評価方法
11.1 序論
11.2 電子線による方法
11.2.1 走査電子顕微鏡法
11.2.2 オージェ電子分光法
11.2.3 電子マイクロプローブ法
11.2.4 透過型電子顕微鏡法
11.2.5 電子線誘起電流法
11.2.6 カソードルミネセンス
11.2.7 低速・高速電子線回折
11.3 イオンビームによる手法
11.3.1 二次イオン質量分析法
11.3.2 ラザフォード後方散乱分析法
11.4 X線とガンマ線による方法
11.4.1 蛍光X線法
11.4.2 X線光電子分光法
11.4.3 X線トポグラフィ
11.4.4 中性子放射化分析法
11.5 強みと弱み
補遺11.1 いくつかの分析手法の特筆すべき特徴
文献
おさらい

12. 信頼性と故障解析
12.1 序論
12.2 故障時間と加速係数
12.2.1 故障時間
12.2.2 加速係数
12.3 分布関数
12.4 信頼性項目
12.4.1 エレクトロマイグレーション
12.4.2 ホットキャリア
12.4.3 ゲート酸化膜の完全性
12.4.4 負バイアス温度不安定性
12.4.5 ストレス誘起リーク電流
12.4.6 静電放電
12.5 故障解析評価技術
12.5.1 休止ドレイン電流法
12.5.2 プローブ法
12.5.3 放射顕微鏡法
12.5.4 蛍光マイクロサーモグラフィ
12.5.5 赤外線サーモグラフィ
12.5.6 電圧コントラスト法
12.5.7 レーザー電圧プローブ法
12.5.8 液晶解析法
12.5.9 光ビーム誘起抵抗変化法
12.5.10 集束イオンビーム
12.5.11 ノイズ法
12.6 強みと弱み
補遺12.1 ゲート電流
文献
おさらい

索引
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