Corriente inducida por haz de electrones

La corriente inducida por haz de electrones (EBIC) es una técnica de análisis de semiconductores que se realiza en un microscopio electrónico de barrido (SEM) o en un microscopio electrónico de transmisión de barrido (STEM). Se utiliza comúnmente para identificar uniones enterradas o defectos en semiconductores, o para examinar las propiedades de los portadores minoritarios . La EBIC es similar a la catodoluminiscencia, ya que depende de la creación de pares electrón-hueco en la muestra semiconductora por el haz de electrones del microscopio. Esta técnica se utiliza en el análisis de fallos de semiconductores y en la física del estado sólido .

Si la muestra semiconductora contiene un campo eléctrico interno , como el que se presenta en la región de agotamiento de una unión pn o una unión Schottky , los pares electrón-hueco se separarán por deriva debido al campo eléctrico. Si los lados p y n (o el semiconductor y el contacto Schottky, en el caso de un dispositivo Schottky) se conectan a través de un picoamperímetro , fluirá una corriente.

La EBIC se comprende mejor mediante una analogía: en una célula solar , los fotones de luz inciden sobre toda la célula, transfiriéndole energía y creando pares electrón-hueco, lo que genera una corriente eléctrica. En la EBIC, los electrones energéticos desempeñan el papel de los fotones, provocando la corriente EBIC. Sin embargo, debido a que el haz de electrones de un SEM o STEM es muy pequeño, se escanea a través de la muestra y las variaciones en la EBIC inducida se utilizan para mapear la actividad electrónica de la misma.

Al utilizar la señal del picoamperímetro como señal de imagen, se forma una imagen EBIC en la pantalla del SEM o STEM. Cuando se observa un dispositivo semiconductor en sección transversal, la región de agotamiento mostrará un contraste EBIC brillante. La forma del contraste se puede analizar matemáticamente para determinar las propiedades de los portadores minoritarios del semiconductor, como la longitud de difusión y la velocidad de recombinación superficial. En vista frontal, las áreas con buena calidad cristalina mostrarán un contraste brillante, mientras que las áreas con defectos mostrarán un contraste EBIC oscuro.

Por ello, EBIC es una técnica de análisis de semiconductores útil para evaluar las propiedades de los portadores minoritarios y las poblaciones de defectos.

EBIC se puede utilizar para analizar heterouniones subsuperficiales de nanocables y las propiedades de los portadores minoritarios. ^{[ 1 ]}

La técnica EBIC también se ha extendido al estudio de defectos locales en aislantes. Por ejemplo, W.S. Lau (Lau Wai Shing) desarrolló la "corriente inducida por haz de electrones en óxido verdadero" en la década de 1990. Así, además de las uniones pn o Schottky , la técnica EBIC también se puede aplicar a diodos MOS . Es posible distinguir entre defectos locales en el semiconductor y defectos locales en el aislante. Existe un tipo de defecto que se origina en el sustrato de silicio y se extiende hacia el aislante situado sobre este . (Véanse las referencias a continuación).

Recientemente, la técnica EBIC se ha aplicado a dieléctricos de alta constante dieléctrica utilizados en tecnología CMOS avanzada .

EBIC también puede realizarse con resolución temporal. Por ejemplo, en combinación con un microscopio electrónico de barrido ultrarrápido (USEM) con una fuente de electrones pulsados ​​para estudiar la dinámica de picosegundos en semiconductores. ^{[ 2 ]}

Una técnica STEM EBIC relacionada, denominada EBIC de emisión de electrones secundarios o SEEBIC, mide la corriente positiva producida por la emisión de electrones secundarios de una muestra. ^{[ 3 ]} SEEBIC se demostró por primera vez en 2018, probablemente debido a su señal mucho menor en comparación con el modo EBIC estándar (separación de pares electrón-hueco). El menor volumen de interacción de la generación de electrones secundarios en comparación con la producción de pares electrón-hueco hace que SEEBIC sea accesible con una resolución espacial mucho mayor. ^{[ 4 ]} La señal SEEBIC es sensible a varias propiedades electrónicas y es, sobre todo, la única técnica de mapeo de conductividad eléctrica de alta resolución para el microscopio electrónico de transmisión.

La mayoría de las imágenes EBIC obtenidas con el SEM son cualitativas, mostrando únicamente la señal EBIC como contraste de visualización. El uso de un generador de control de escaneo externo en el SEM y un sistema de adquisición de datos específico permite realizar mediciones de subpicoamperios y obtener resultados cuantitativos. Existen sistemas comerciales que realizan esta función y ofrecen la capacidad de generar imágenes funcionales mediante la polarización y la aplicación de voltajes de puerta a los dispositivos semiconductores.

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