水星探査機

水銀プローブは、電気特性評価のためにサンプルに迅速かつ非破壊的に接触する電気プローブ装置です。その主な用途は半導体測定で、サンプルに接触するには時間のかかるメタライゼーションやフォトリソグラフィー処理が必要です。これらの処理手順は通常数時間かかるため、デバイスの処理時間を短縮するためには可能な限り回避する必要があります。

水銀プローブは、明確に定義された領域の水銀接点を平らなサンプルに適用します。水銀サンプル接点の性質と水銀プローブに接続された計測機器によって、アプリケーションが決まります。水銀サンプル接点がオーム性（非整流性）の場合、電流電圧計測機器を使用して、抵抗、漏れ電流、または電流電圧特性を測定できます。抵抗は、バルクサンプルまたは薄膜で測定できます。薄膜は、水銀と反応しない任意の材料で構成できます。金属、半導体、酸化物、化学コーティングはすべて正常に測定されています。^[1]

水銀プローブは、導電性、絶縁性、半導体材料のパラメータを調査するための多目的ツールです。

水銀プローブの最初の成功した応用例の 1 つは、シリコン上に成長したエピタキシャル層の特性評価でした。^{[2]エピタキシャル層の}ドーピングレベルと厚さを 監視することは、デバイスの性能にとって重要です。水銀プローブが登場する前は、サンプルは金属化プロセスを経る必要があり、これには数時間かかることもありました。容量電圧ドーピング プロファイル計測器に接続された水銀プローブは、エピタキシャル リアクターから出てくるとすぐにエピタキシャル層を測定できました。水銀プローブは、従来の金属化接点と同じくらい簡単に測定できる、明確に定義された領域の ショットキー障壁を形成しました。

速度が速いことから人気のある水銀プローブのもう一つの用途は、酸化物の特性評価です。^{[3]水銀プローブは}ゲート接点 を形成し、水銀酸化物半導体構造の容量-電圧または電流-電圧パラメータの測定を可能にします。このデバイスを使用すると、誘電率、ドーピング、酸化物電荷、誘電強度などの材料パラメータを評価できます。半導体上の水銀液滴の接触面積はエレクトロウェッティングによって変化する可能性があるため、^[4]正確なパラメータ抽出にはこの効果を考慮する必要があるかもしれません。

同心円状のドットとリングの接点、およびバック接点を備えた水銀プローブは、疑似MOSFETデバイスが形成されるシリコンオンインシュレータ（SOI）構造にまで水銀プローブの用途を拡張します。 ^{[5]このHg-FETは、移動度、界面トラップ密度、および}相互コンダクタンス の研究に使用できます。

同じ水銀サンプル構造を静電容量電圧計測器で測定して、誘電体材料の誘電率と厚さを監視できます。これらの測定は、低誘電率と高誘電率の両方のタイプの新規誘電体の開発に便利な基準です。

水銀とサンプルの接触が整流性を持つ場合、ダイオードが形成され、他の測定が可能になります。ダイオードの電流電圧測定により、ブレークダウン電圧や寿命などの半導体の特性が明らかになります。静電容量電圧測定により、半導体のドーピングレベルと均一性を計算できます。これらの測定は、SiC、GaAs、GaN、InP、CdS、InSbなど、多くの材料でうまく行われています。