OPISY KURSÓW. Kod kursu: ETD 9265 Nazwa kursu: Metody diagnostyczne Język wykładowy: polski

Transkrypt

1 OPISY KURSÓW Kod kursu: ETD 965 Nazwa kursu: Metody diagnostyczne Język wykładowy: polski Forma kursu Wykład Ćwiczenia Laboratorium Projekt Seminarium Tygodniowa liczba godzin ZZU * Semestralna liczba godzin ZZU* Forma kolokwium kolokwium zaliczenia Punkty ECTS 4 Liczba godzin CNPS Poziom kursu (podstawowy/zaawansowany): studia II stopnia stacjonarne, zaawansowany Wymagania wstępne: Fizyka, Przyrządy półprzewodnikowe, Elektronika półprzewodników Imię, nazwisko i tytuł/ stopień prowadzącego: Danuta Kaczmarek, dr hab. inŝ., prof. PWr Imiona i nazwiska oraz tytuły/stopnie członków zespołu dydaktycznego: Maria Dąbrowska Szata, dr hab. inŝ., Jarosław Serafińczuk, dr inŝ. Rok: I, Semestr: Typ kursu (obowiązkowy/wybieralny): obowiązkowy Cele zajęć (efekty kształcenia): Wykorzystywanie metod badania oraz analizy wyników do kompleksowej diagnostyki właściwości materiałów dla elektroniki i fotoniki Forma nauczania (tradycyjna/zdalna): tradycyjna Krótki opis zawartości całego kursu: Wykład zawiera opis podstawowych pojęć związanych z wiązką światła oraz przegląd metod diagnostyki optycznej ze względu na zjawiska zachodzące podczas oddziaływania światła z ciałem stałym. Szczegółowo omawiane jest zastosowanie wybranych metod odbicia, emisji, transmisji i absorpcji światła. Wykład obejmuje zagadnienia związane z metodyką badania półprzewodnikowych struktur powierzchniowych, stosowanych w elektronice mikrosystemów. Omawiane są m. in. metody dyfrakcji elektronów (LEED, RHEED), metody spektroskopowej analizy powierzchni (AES, ESCA, SIMS), wybrane metody wyznaczania struktury elektronowej oraz metody mikroskopii elektronowej w diagnostyce struktur półprzewodnikowych. Na wykładzie omawiane są metody stosowane w charakteryzacji strukturalnej nowoczesnych materiałów mikro i optoelektroniki. Diagnostyka ta oparta jest na analizie oddziaływania wiązki promieniowania rentgenowskiego z ciałem stałym. Opis metodyki pomiarowej poparty jest wieloma przykładami, np. charakteryzacji warstw epitaksjalnych półprzewodników

2 szerokopasmowych, studni kwantowych oraz warstw polikrystalicznych. W ramach ćwiczeń realizowane są metody stosowane w mikroelektronice do charakteryzacji powierzchni ciała stałego, struktury, składu materiałowego oraz właściwości optycznych. Będą to, między innymi : spektroskopia głębokich poziomów (DLTS), analiza strukturalna warstw mono i polikrystalicznych stosowanych w mikroelektronice, elektronowy mikroskop skaningowy (SEM), metoda fotokonduktacyjna i metoda transmisji światła. Wykład (podać z dokładnością do godzin): Zawartość tematyczna poszczególnych godzin wykładowych. Cechy podstawowych nośników informacji o materiale. Mody TOPO i COMPO w SEM 3. Analiza artefaktów w SEM 4. Klasyfikacja metod diagnostyki optycznej 5. ZaleŜność właściwości optycznych od mikrostruktury materiału 6. Szybkie metody optyczne 7. Spektroskopia fotoelektronów i jej zastosowanie 8. Metoda fotoluminescencji i jej zastosowanie 9. Metoda fotokonduktancyjna i jej zastosowanie 0. Porównanie metod elektronowych i optycznych: EBIC-OBIC, CL-PL. Metoda transmisji i jej zastosowanie. Nieliniowe efekty optyczne w nanokrystalicznych materiałach 3. Kolokwium zaliczeniowe 4. Powierzchnia ciała stałego, topografia powierzchni, struktura atomowa, defekty powierzchniowe 5. Metody otrzymywania powierzchni atomowo czystej 6. Klasyfikacja metod badania powierzchni ciała stałego 7. Metody badania i wyznaczania struktury atomowej powierzchni (LEED, RHEED) 8. Jakościowo-ilościowa analiza powierzchni metodą AES 9. Badanie powierzchni metodami SIMS i XPS 0. Zastosowanie mikroskopii elektronowej w diagnostyce struktur półprzewodnikowych. Struktura elektronowa i właściwości elektronowe powierzchni półprzewodników. Wybrane metody wyznaczania struktury elektronowej i głębokich poziomów defektowych w półprzewodnikach (DLTS) 3. Kolokwium zaliczeniowe 4. Struktura ciała stałego, model kryształ 5. Sieć odwrotna kryształu i jej znaczenie praktyczne 6. Zasada pomiaru i interpretacja krzywych odbić warstw epitaksjalnych 7. Zasada pomiaru i interpretacja węzłów sieci odwrotnej warstw epitaksjalnych 8. Metodyka pomiarowa warstw epitaksjalnych o znaczącym niedopasowaniu sieciowym w stosunku do podłoŝa 9. Zastosowanie reflektometrii do charakteryzacji warstw epitaksjalnych 30. Opis struktury polikrystalicznych warstw sensorowych 3. Kolokwium zaliczeniowe Liczba godzin Ćwiczenia - zawartość tematyczna:. Wprowadzenie do zajęć przegląd właściwości materiałów i metod diagnostyki. Analiza składu materiałowego za pomocą sygnału BSE w modzie COMPO w SEM

3 3. Analiza artefaktów występujących w SEM w modzie COMPO 4. Analiza artefaktów występujących w SEM w modzie TOPO 5. Analiza wpływu składu materiałowego na formowanie mikrostruktury krystalicznej 6. Analiza wpływu temperatury wygrzewania na formowanie się struktury materiałów 7. Analiza tlenków z wykorzystaniem spektroskopii fotoelektronów 8. Określenie właściwości fotoelektrycznych złącza na podstawie metody fotokonduktancyjnej 9. Zastosowanie metody obwiedni do interpretacji wyników uzyskanych na podstawie interferencji światła w cienkich warstwach 0. Analiza właściwości optycznych materiałów na podstawie pomiarów transmisji światła. Badanie głębokich poziomów w strukturach AIIIBV z wykorzystaniem metody DLTS. Badanie defektów punktowych i rozciągłych w strukturach AIIIBV za pomocą SEM 3. Identyfikacja fazowa polikrystalicznych warstw sensorowych 4. Charakteryzacja warstw epitaksjalnych i studni kwantowych na podstawie krzywych odbić 5. Kolokwium Seminarium - zawartość tematyczna: - Laboratorium - zawartość tematyczna: - Projekt - zawartość tematyczna: - Literatura podstawowa: Szaynok, Kuźmiński, Podstawy fizyki powierzchni półprzewodników, WNT, Warszawa, 000 Szuber, Metody powierzchniowe w nanotechnologii półprzewodników, WNT Warszawa 00 Bojarski, Cigła, StróŜ, Surowiec, Krystalografia podręcznik wspomagany komputerowo, PWN, Warszawa, 998 Misiewicz, Podstawy optyki ciała stałego, Oficyna Wydawnicza Politech. Wrocł., 996 Schroder D., Semiconductor material and device characterization, J. Wiley & Sons, INC., USA, 998 Bojarski, Gigla, StróŜ, Surowiec, Krystalografia-podręcznik wspomagany komputerowo, PWN Warszawa, 999. Kozłowski, Własności strukturalne związków (Ga,Al,In)N przeznaczonych do konstrukcji przyrządów elektroniki wysokotemperaturowej, Raport nr 9, Wrocław, 00. Literatura uzupełniająca: Oleś A., Metody doświadczalne w fizyce ciała stałego, WNT Warszawa, 998 Hummel, Właściwości elektroniczne materiałów, Springer-Verlag, New York, 985 PC-Materials Research Diffractometer, User Guide, Philips Analytical X-Ray.999 Warunki zaliczenia: Kolokwium zaliczeniowe * - w zaleŝności od systemu studiów 3

4 DESCRIPTION OF THE COURSES Course code: ETD 965 Course title: Diagnostic methods Language of the lecturer: Polish Course form Lecture Classes Laboratory Project Seminar Number 4 of hours/week* Number of hours/semester* Form of the course Test Test completion ECTS credits 4 Total Student s Workload Level of the course (basic/advanced): Second-cycle studies, mode of study: full-time studies, advanced Prerequisites: Physics, Semiconductor Devices, Semiconductors Electronics Name, first name and degree of the lecturer/supervisor: Danuta Kaczmarek, PhD, DSc, Prof. Names, first names and degrees of the team s members: Maria Dąbrowska Szata, PhD, DSc; Jarosław Serafińczuk, PhD Year: I, Semester: Type of the course (obligatory/optional): obligatory Aims of the course (effects of the course): Application of examination methods and analysis of results for complex diagnostics of the materials for electronics and photonics Form of the teaching (traditional/e-learning): traditional Course description: The lecture course introduces the basic concepts connected with light beam and the survey of methods of optical diagnostics based on the phenomena taking place during the interaction of light with solid. The application of selected methods of reflection, emission and transmission of light is discussed in details. Additionally, lecture course presents: surface phenomena and surface characterization methods, evaluation of surface structures by means of electron diffraction methods (LEED, RHEED), qualitative and quantitative surface analysis (AES, ESCA, SIMS), selected methods of electronic structure determination, electron microscopy in surface diagnostics. Lecture course contains description of the methods, which are used in structural characterization of the modern micro and optoelectronic materials. This diagnostic basis on the analysis of interaction between the X-ray and solid state. Description of the measurement methodology is supported by many examples e.g. characterization of the wide-gap semiconductor epitaxial layers, quantum wells and polycrystalline sensor layers. The methods applied in microelectronics for characterization of solid surface, structure, material composition and its optical properties are practised within the classes course. Among the others, the students will be instructed in deep level spectroscopy (DLTS), structural characterization of the mono 4

5 and polycrystalline layers applied in microelectronics, scanning electron microscope (SEM), photoconduction method and transmission of light method. Lecture: Particular lectures contents 3. Properties of basic information carriers about material 33. TOPO i COMPO modes in SEM 34. Analysis of artefacts in SEM 35. Classification of the methods of optical diagnostics 36. Optical properties dependence on the microstructure of material 37. Rapid optical methods 38. Photoelectron spectroscopy and their application 39. Photoluminescence method and their application 40. Photoconductance method and their application 4. Comparison of electron and optical methods: EBIC-OBIC, CL-PL 4. Llight transmission method and their application 43. Analysis of nonlinear optical effects in nanocrystalline material 44. Final test 45. Surface and interface of solid materials, surface geometry, surface crystallography, surface defects 46. Preparation of well-defined surfaces and interfaces 47. Classification of the methods for surface analysis 48. Electron diffraction methods (LEED, RHEED) in surface diagnostics 49. Qualitative and quantitative analysis of surface structures by AES 50. Surface characterization by SIMS and XPS 5. Application of electron microscopy in semiconductor surface diagnostics 5. Electronic band structure and electronic properties of semiconductor surfaces 53. Characterization of electronic structure, surface states and deep levels by DLTS 54. Final test 55. Solid state structure, crystal model 56. Reciprocal space of crystal and its practical meaning 57. Principles of measurement and interpretation of the epitaxial layers rocking curves 58. Principles of measurements and interpretation of the epitaxial layers reciprocal space maps 59. Measurement methodology of the epitaxial layers with significant lattice mismatch in comparison with substrate 60. Reflectivity applying in epitaxial layers characterization 6. Structure description of the sensor polycrystalline layers 6. Test Number of hours Classes the contents:. Introduction to exercises - survey of material properties and diagnostics methods. Analysis of material composition with BSE signal in COMPO mode with SEM 3. Analysis of artefacts occurring in SEM in COMPO mode 4. Analysis of artefacts occurring in SEM in TOPO mode 5

6 5. Analysis of influence of composition on forming of crystalline microstructure 6. Evaluation of annealed temperature effect on the forming of crystalline 7. Analysis of oxides with use photoelectron spectroscopy 8. Estimation of the photoelectrical properties of junction based on photoconduction method 9. Application of envelope method to interpretation of results obtained based on light interference 0. Analysis of the optical properties of materials based on the measurements of light transmission. Investigation of deep levels in AIIIBV semiconductors structure by means of deep level spectroscopy (DLTS). Investigation of point and extended defects in AIIIBV semiconductors structures by SEM 3. Phase identification of the polycrystalline sensors layers 4. Characterization of the epitaxial layers and quantum wells on the basis of the rocking curves 5. Test Seminars the contents: Laboratory the contents: Project the contents: Basic literature: Szaynok, Kuźmiński, Elements of semiconductor surface physics, WNT, Warszawa, 000 Szuber, Surface methods in semiconductor nanotechnology, WNT Warszawa, 00 Bojarski, Gigla, StróŜ, Surowiec, Crystallography Handbook supported by computer, PWN Warszawa 999 Misiewicz, Elements of solid state optics, Oficyna Wydawnicza Politech. Wrocł., 996 Schroder D., Semiconductor material and device characterization, J. Wiley & Sons, INC., USA, 998 Bojarski, Gigla, StróŜ, Surowiec, Crystallography-handbook supported by computer, PWN Warszawa 999. Kozłowski, Structural properties of the (Ga,Al,In)N alloys appropriated for manufacturing of the high-temperature electronic devices, Report no 9, Wroclaw, 00. Additional literature: Oleś A., Experimental methods in solid state physics, WNT Warszawa, 998 Hummel, Electronic properties of materials, Springer-Verlag, New York, 985 PC-Materials Research Diffractometer, User Guide, Philips Analytical X-Ray.999 Conditions of the course acceptance/credition: Test * - depending on a system of studies 6