La sonda de mercurio es un dispositivo de sondeo eléctrico que permite establecer un contacto rápido y no destructivo con una muestra para su caracterización eléctrica. Su principal aplicación son las mediciones de semiconductores , en las que se requieren metalizaciones o procesos fotolitográficos que, de otro modo, llevarían mucho tiempo para establecer contacto con una muestra. Estos pasos de procesamiento suelen llevar horas y deben evitarse siempre que sea posible para reducir los tiempos de procesamiento del dispositivo.
La sonda de mercurio aplica contactos de mercurio de áreas bien definidas a una muestra plana. La naturaleza de los contactos de mercurio-muestra y la instrumentación conectada a la sonda de mercurio definen la aplicación. Si el contacto de mercurio-muestra es óhmico (no rectificador), entonces se puede utilizar la instrumentación de corriente-voltaje para medir la resistencia , las corrientes de fuga o las características de corriente-voltaje. La resistencia se puede medir en muestras a granel o en películas delgadas. Las películas delgadas pueden estar compuestas de cualquier material que no reaccione con el mercurio. Se han medido con éxito metales, semiconductores, óxidos y recubrimientos químicos. [1]
La sonda de mercurio es una herramienta versátil para la investigación de parámetros de materiales conductores, aislantes y semiconductores.
Una de las primeras aplicaciones exitosas de la sonda de mercurio fue la caracterización de capas epitaxiales cultivadas en silicio . [2] Es fundamental para el rendimiento del dispositivo monitorear el nivel de dopaje y el espesor de una capa epitaxial. Antes de la sonda de mercurio, una muestra tenía que pasar por un proceso de metalización, que podía llevar horas. Una sonda de mercurio conectada a una instrumentación de perfil de dopaje de capacitancia-voltaje podía medir una capa epitaxial tan pronto como salía del reactor epitaxial. La sonda de mercurio formaba una barrera Schottky de un área bien definida que podía medirse tan fácilmente como un contacto metalizado convencional.
Otra aplicación popular de la sonda de mercurio por su velocidad es la caracterización de óxidos. [3] La sonda de mercurio forma un contacto de compuerta y permite la medición de los parámetros de capacitancia-voltaje o corriente-voltaje de la estructura de óxido de mercurio-semiconductor. Usando este dispositivo, se pueden evaluar parámetros del material como permitividad , dopaje, carga de óxido y rigidez dieléctrica. El área de contacto de una gota de mercurio que reposa sobre un semiconductor se puede modificar mediante electrohumectación , [4] lo que significa que la extracción precisa de parámetros puede necesitar tener en cuenta este efecto.
Una sonda de mercurio con contactos de anillo y punto concéntricos, así como un contacto posterior, extiende las aplicaciones de la sonda de mercurio a las estructuras de silicio sobre aislante (SOI), donde se forma un dispositivo pseudo-MOSFET. [5] Este Hg-FET se puede utilizar para estudiar la movilidad, la densidad de trampa de interfaz y la transconductancia .
Las mismas estructuras de muestra de mercurio se pueden medir con instrumentos de capacitancia-voltaje para monitorear la permitividad y el espesor de los materiales dieléctricos. Estas mediciones son un indicador conveniente para el desarrollo de nuevos dieléctricos de tipo tanto de baja k como de alta k.
Si el contacto entre el mercurio y la muestra se está rectificando, se ha formado un diodo y ofrece otras posibilidades de medición. Las mediciones de corriente-voltaje del diodo pueden revelar propiedades del semiconductor, como el voltaje de ruptura y la vida útil. Las mediciones de capacitancia-voltaje permiten calcular el nivel de dopaje y la uniformidad del semiconductor. Estas mediciones se realizan con éxito en muchos materiales, incluidos SiC , GaAs , GaN , InP , CdS e InSb .