电子束感生电流（EBIC）的工作原理

电子束感应电流（EBIC）的工作原理是使用电子束的束在材料中局部产生电子空穴对。这些电子和空穴在材料中具有不同的寿命和活动性。

在测量EBIC信号时，我们测量了构成通过完成电路流经器件的电流信号的每个空穴和电子元件的贡献。当电子束移动时，您会在每个点上形成响应的图像。

信号差异可能是由于与电场和器件中的不同能级，掺杂水平和杂质的结，以及表面或界面上的结晶缺陷或悬垂键的结果。

远离结或界面的信号衰减可以测量关键的半导体器件参数，例如少数载流子的扩散长度、弛豫时间以及对耗尽区域的范围进行成像。电子和空穴对材料中电场的局部差异高度敏感，并且擅长表征可以局部改变生成和复合速率的结晶缺陷。自该技术在20世纪80年代初普及以来[1]，EBIC已被用于表征各种半导体材料和器件。

最近的发展已经将EBIC图像的检测水平和分辨率推向了这种程度，该技术可用于研究纳米电子设备和传统半导体以外的更广泛材料。

来自电子束的信号

当电子束撞击半导体材料时，它会释放出大量的能量。这种能量可以释放出揭示元素组成的特征性X射线。反向散射电子，从原子核中散射出来，对原子量敏感。次级电子是在材料中被激发的电子，具有足够的能量在真空中释放和自由行进，并且是SEM中的主要成像模式。

入射电子束在半导体中产生大量的电子 - 空穴对，其产生体积在空间上受到限制，这取决于束的入射能量和材料内部的散射。这些电子 - 空穴对可以重新组合并释放能量，辐射并发出光（阴极发光），非辐射（产生热量），或者它们可以导致电流跟随通过材料（EBIC）。可获取的信息随设备配置及其连接到的线路而变化。

半导体探测应用

局部在小体积中产生大量电子空穴对。通常，delta p和δn的载流子浓度由生成速率和复合速率决定。相互作用体积通常被认为是泪滴形状，取决于Z对比度，材料的原子量，密度和入射电子束的能量。

为了更详细地了解这种相互作用体积，蒙特卡罗模拟了电子飞行路径和散射事件的（Casino 3.2）。估计一个体积中产生的载流子的数量可以通过取分散的能量并将其除以3Eg来计算，这是平均激发能量。

在Si中进行电子飞行模拟。显示的是分散在初级电子束与样品的相互作用体积中的对数尺度能量。

由于有效的载流子收集和分离产生的电子空穴对形成内置电场，EBIC很容易对耗尽区域进行成像。在P-N结的任一侧，可以直接测量少数载流子扩散长度。

太阳能电池的PN结（a）EBIC配置用于横截面图像，n型侧连接到前置放大器，而p型侧连接到地，允许有效的载流子分离。（b） 从（d）中提取的剖面的对数尺度电流响应显示了耗尽区域两侧少数载流子的扩散长度。（c） 具有内置电位的PN结的波段图（d）太阳能电池PN结的横截面的EBIC图像。
电子束吸收电流（EBAC）
大多数EBIC测量都是通过两个触点进行的，一个触点接地，另一个触点指向充当虚拟接地的跨阻放大器。在这种配置中，电子和空穴可以有效地分离。如果跨阻放大器只有一个接触，即电子束吸收电流（EBAC），那么你不是在测量载流子分离，而是在测量产生和复合速率之间的局部差异。跨阻放大器将源出或吸收电流，以保持电荷中性。这很有趣，因为缺陷可以在耗尽区域之外成像，而无需修改样品。
EBAC主要被工业用于半导体集成电路中导电线路的故障分析。我们已经大大扩展了EBAC的功能，远远超出了当前的用途，并且可以对各种半导体材料的晶体域进行成像。EBAC对晶体结构中的各向异性敏感，并且与明场TEM测量具有相似的对比度。

EBAC配置，（a）成像区域中没有字段来帮助收集电流。（b） EBAC信号中生长在Ge底物上的GaAs的EBAC图像，反相域，线程位错和应变明显。