Microwave Photomodulation Method for Noninvasive Analysis of Doping Profiles in Inhomogeneous Semiconductor Structures

Abstract

Представлено неруйнівний мікрохвильовий метод контролю неоднорідно легованих напівпровідникових структур, який дає змогу з високою точністю відновлювати довільний профіль розподілу питомої електропровідності вздовж товщини зразка. Метод ґрунтується на аналізі змін добротності мікрохвильового резонатора під час опромінення зразка світлом змінної довжини хвилі. Запропоновано математичну модель, що включає дискретизацію зразка за товщиною, розв’язання рівняння неперервності для носіїв заряду та характеристичного рівняння резонансної системи. Показано, що глибина зондованого шару визначається коефіцієнтом поглинання, який залежить від довжини хвилі падаючого оптичного випромінювання. Розроблений підхід забезпечує високу просторову роздільну здатність і точність вимірювань, що робить його ефективним інструментом для контролю якості матеріалів у сучасних мікроелектронних технологіях

A non-destructive microwave method for testing inhomogeneously doped semiconductor structures is presented, enabling high-precision reconstruction of arbitrary specific conductivity profiles along the sample thickness. The method is based on analyzing variations in the quality factor of a microwave resonator under illumination of the sample with light of variable wavelength. A mathematical model is proposed that incorporates sample discretization along its thickness, the solution of the continuity equation for charge carriers, and the characteristic equation of the resonant system. It is shown that the probing depth is determined by the absorption coefficient, which depends on the wavelength of the incident optical radiation. The developed approach provides high spatial resolution and measurement accuracy, making it a valuable tool for quality control of materials in advanced microelectronic technologies.