Application of the Pseudo-MOSFET Technique on Silicon-On-Insulator Wafers

Abstract

El trabajo presentado ha consistido en un amplio y sistemático estudio sobre la técnica de caracterización eléctrica denominada Pseudo-MOSFET. Inicialmente, se describieron y desarrollaron modelos teóricos para obleas Pseudo-MOS con láminas de Si ultradelgadas, as como para aquellas con BOX ultradelgados. Estos modelos se validaron con varias simulaciones. Más adelante, numerosas muestras de Pseudo-MOSFETs con diferentes espesores y superficies (pasivada/no pasivada) fueron analizadas y caracterizadas experimentalmente. Posteriormente, la combinación de la conocida técnica Split-C(V) con la configuración Pseudo-MOSFET permitió obtener la movilidad de los portadores en una oblea SOI a través del valor de la carga de inversión. No obstante, ya que la evaluación de este parámetro depende en gran medida del área efectiva, dicha área fue examinada y calculada seg un las características de la configuración experimental. Teniendo en cuenta la variabilidad del área con los parámetros asociados a la con figuración experimental, se ha propuesto un modelo matemático que permite calcular la superficie efectiva usando cualquier configuración en el Pseudo-MOSFET. Dicho modelo ha sido validado con resultados de laboratorio. Por otro lado, la movilidad de los portadores en obleas SOI ha sido también estudiada. Así pues, con el fin de conseguir el valor optimo de la movilidad, se calcularon las tensiones de puerta con las que polarizar el Pseudo-MOSFET usando simulaciones numéricas y combinándolas con resultados experimentales de Split-C(V). Para terminar, se analizaron nuevas aplicaciones asociadas a las técnicas de puntas de contacto, tales como el uso del Pseudo-MOSFET como plataforma sensora. Además, otros estudios sobre obleas de Poly-Si o Grafeno-sobre-Aislante se llevaron a cabo demostrando así la flexibilidad de estos métodos para evolucionar con los nuevos sustratos emergentes.

This work has been focused on a deep and systematic study of the point-contact Pseudo- MOSFET characterization technique. Firstly, theoretical models for the Pseudo-MOSFET have been described and developed for ultrathin Si wafers, and for those with also ultrathin BOX. They have been validated with several simulations. Then, some Pseudo-MOSFET samples with di erent thickness and surface (passivated/non-passivated) have been analyzed and characterized. Later, the combination of the Split-C(V) technique with the Pseudo-MOSFET con guration has allowed to obtain the carrier mobility in bare SOI wafers as a function of the inversion charge. Nevertheless, since the evaluation of this parameter depends strongly on the value of the e ective area considered for calculations, this area has been examined as a function of the characteristics of the set up con guration. Taking into account the variability of the area with experimental con guration parameters, a mathematical model has been proposed to calculate the e ective surface in any characterization scenario. The model has been veri ed with the experimental results. On the other hand, the carrier mobility have been also studied in Pseudo-MOSFET samples. In order to achieve the optimum enhancement for the mobility, the speci c values for the backgate bias have been calculated using Poisson-Schr odinger numerical simulations combined with Split-C(V) experimental results. To conclude, new applications associated to point-contact techniques have been analyzed such us the use of the Pseudo-MOSFET as a sensor platform. In addition, several studies have been carried out on Poly-silicon or Graphene-On-Insulator samples demonstrating the exibility of the point-contact methods to evolve with emerging substrates.