Prinzip und Anwendung von Analysatoren
So gelingt die Impedanz-Messung
Die Impedanz-Analyse ist ein wichtiger Bestandteil der Entwicklung von Halbleiterbauelementen. Dabei ist die Wahl des richtigen Messgerätes ein immens wichtiger Faktor. Am Beispiel der Impedanz-Analysatoren von Hioki wird klar, worauf es ankommt.
Ein wesentliches Merkmal von Halbleitern ist ihr Kapazitäts-Spannungs-Verhalten (C-V), das mithilfe der Impedanz-Analyse gemessen und charakterisiert werden kann. Impedanz-Analyse ist eine Methode zur Charakterisierung der elektrischen Eigenschaften von Materialien und Bauelementen. Sie basiert auf der Messung der Impedanz einer Probe (Prüfling) bei verschiedenen Frequenzen und Spannungen. Die Impedanz besteht aus einer Kapazitäts- und einer Widerstandskomponente und hängt von den elektrischen Eigenschaften des Materials und der angelegten Spannung und Frequenz ab. Bei der Impedanz-Analyse von Halbleitern wird eine Wechselspannung an die Probe angelegt und die resultierende Impedanz gemessen. Diese Messung wird bei verschiedenen Frequenzen und Spannungen durchgeführt, um das C-V-Verhalten des Halbleiters zu charakterisieren.
Der Messaufbau
Der Messaufbau besteht aus einem Impedanz-Analysator, der die Wechselspannung anlegt und die Impedanz misst, sowie einer Probe-Halterung und Anschlüssen zur Kontaktierung der Probe. Das Verhalten ist dabei stark von der Dotierung des Halbleiters abhängig. Eine hohe Dotierung führt zu einer geringeren Kapazität und einem flacheren C-V-Verhalten, während eine niedrige Dotierung zu einer höheren Kapazität und einem steileren C-V-Verhalten führt.
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Ein weiterer wichtiger Faktor bei der Impedanz-Analyse von Halbleitern ist die Größe und Geometrie der Probe. Eine große Probe mit einer hohen Dotierungskonzentration und einer dicken Oxidschicht führt zu einem flacheren C-V-Verhalten und einer geringeren Kapazität, während eine kleine Probe mit einer niedrigen Dotierungskonzentration und einer dünnen Oxidschicht zu einem steileren C-V-Verhalten und einer höheren Kapazität führt.
Impedanz-Analysatoren von Hioki
Ein Beispiel für Hioki-Impedanz-Analysatoren ist die beim Distributor Meilhaus erhältliche IM35xx/IM758x-Serie. Diese Analysatoren eignen sich aufgrund ihrer sehr guten Niederimpedanz-Wiederholbarkeit beispielsweise für die Prüfung funktionaler Polymerkondensatoren. Für die Impedanz-Analyse von Ferrit-Chip-Beads und Chip-Induktoren ist der Impedanz-Analysator IM7585von Hioki eine gute Wahl. Er bietet eine Messzeit von 0,5ms über einen Frequenzbereich von 1MHz bis 3GHz und eine hervorragende Stabilität. Es ist daher ideal für Forschung und Entwicklung sowie für die Produktion in großem Maßstab.
Einfache Interpretation der Analyseergebnisse
Die Verwendung von Impedanz-Analysatoren in der Halbleiterentwicklung erfordert grafische Methoden zur Leitung der Modellentwicklung, ein Messmodell zur Beurteilung der Präsenz von stochastischen und Bias-Fehlern sowie die systematische Entwicklung von Interpretationsmodellen in Bezug auf den vorgeschlagenen Reaktionsmechanismus und die physikalische Beschreibung.
SoftwareoptionenIM3570 und IM9000die genaue Impedanzmessung an der Halbleiter-Elektrolyt-Grenzfläche durchführbar, um die genauen Informationen über die Oberflächenzustände, den Einfluss der Korngrenze auf die Elektronentransferreaktion usw. zu analysieren. Im Nyquist-Plot/Cole-Cole-Plot wird die imaginäre Komponente der Impedanz gegen die reale Komponente der Impedanz für jede Anregungsfrequenz aufgetragen, was wiederum sehr nützlich für die Auswertung von AC-Impedanz-Daten ist.
Vielschicht-Keramikkondensatoren analysieren
Eine weitere Anwendung, für die ein Hioki-Impedanz-Analysator hilfreich sein kann, ist die Analyse von Vielschicht-Keramikkondensatoren. Diese bestehen aus mehreren Schichten aus Keramik und Metall, die abwechselnd gestapelt und durch Metallkontakte miteinander verbunden sind. Diese Kondensatoren haben eine hohe Kapazität und eine niedrige Induktivität, was sie ideal für Hochfrequenzanwendungen macht.
Die erste Voraussetzung für die Vermessung von Vielschicht-Keramikkondensatoren mit einem Impedanz-Analysator ist die Vorbereitung der Probe mit einer passenden Fixture, z.B. Hioki IM9201, je nach Frequenzbereich der Anwendung. Die Probe muss frei von Verunreinigungen und Defekten sein, die die Messung beeinträchtigen könnten, und sie sollte auf einem stabilen und isolierten Untergrund platziert sein, um Interferenzen durch andere elektrische Signale zu minimieren. Nachdem die Probe vorbereitet ist, wird der Impedanz-Analysator angeschlossen.
Er misst die Impedanz der Probe bei verschiedenen Frequenzen und gibt die Messergebnisse in Form von Impedanz-Spektren aus. Die Messergebnisse dienen zur Analyse und Charakterisierung der Probe. Während der Messung sollte der Impedanz-Analysator auf einen geeigneten Impedanzbereich eingestellt sein, um die Messgenauigkeit zu gewährleisten. Nach der Messung der Impedanz-Spektren erfolgt die Analyse der Daten.
Zusammenfassend lässt sich feststellen: Hiokis Impedanz-Analysatoren spielen eine wichtige Rolle bei der Impedanz-Analyse von Halbleitern. Die Wahl des richtigen Analysators hängt jeweils von der spezifischen Anwendung ab.
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