Máster Universitario
de Investigación
en Tecnologías de la
Información y las
Comunicaciones
Escuela Técnica Superior de
Ingenieros de
Telecomunicación
Caracterización de
dispositivos y
circuitos electrónicos
Profesores:
Helena Castán Lanaspa
Salvador Dueñas Carazo
Héctor García García
Miembros del:
Grupo de Investigación
Reconocido
(GIR)
Grupo de Caracterización de
Materiales y Dispositivos
Electrónicos
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CONTENIDOS
I. Introducción
II. Instrumentación electrónica para la caracterización de
materiales, dispositivos y circuitos electrónicos.
III. Técnicas de caracterización eléctrica de materiales,
estructuras y dispositivos electrónicos.
IV. Técnicas de análisis de la respuesta en frecuencia de
dispositivos electrónicos.
V. Técnicas de medida y extracción de parámetros de
circuitos electrónicos.
Introducción: Líneas de investigación
• Investigación en el campo de la caracterización eléctrica
de materiales y dispositivos electrónicos.
• Puesta a punto un conjunto de técnicas estándar basadas
en el análisis de los mecanismos de conducción y de los
parámetros eléctricos (capacidad, conductancia, etc.).
• Modificaciones de estas técnicas estándar para su
aplicación a estructuras particulares.
• Desarrollo y Aplicación de técnicas originales y nuevas
variantes y que resultan más precisas o más adecuadas
en determinadas circunstancias.
• Desarrollo de nuevas técnicas de caracterización eléctrica de
dispositivos semiconductores:
– Espectroscopía Óptica de Admitancia (OAS)
– Espectroscopía Óptica de Niveles Profundos a Capacidad Constante (CCDLOS)
– Técnica de Transitorios Capacidad-Tensión (CVTT)
– Técnica de Transitorios de Conductancia (GTT)
– Análisis de Impedancia en Radio Frecuencia (RFIA)
– Técnica de Transitorios de Tensión de Banda Plana (VFB-t)
• Caracterización eléctrica y óptica de centros profundos en
semiconductores.
• Caracterización de estados superficiales y defectos en el aislante en
estructuras Metal-Aislante- Semiconductor.
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• Estudio de nuevos materiales y procesos de fabricación en
Microelectrónica:
– Semiconductores:
• Silicio, GaAs, InP, AlGaAs, InGaAs, SiC, ZnO y otros.
– Dieléctricos: Nitruro de silicio, Óxido de Tántalo, Óxido de Titanio,
Óxido de Hafnio, Óxido de Zirconio, y otros.
• Procesos tecnológicos:
– Anodización, Sputtering convencional y de alta presión, Deposición
de Capas Atómicas (ALD) , Epitaxia de Haces Moleculares (MBE),
Implantación Iónica, Etching …
• Estudio de dispositivos y técnicas avanzadas en Microelectrónica:
– Módulos Multichip, Silicio sobre Zafiro (SOS), Transistores de Alta
Movilidad Electrónica (HEMT) de Nitruro de Galio (GaN).
Sinopsis de Técnicas Experimentales
G-t :Perfiles DIGS
tridimensionales
VFB-t: Slow Traps
CVTT: Perfiles de
dañado en uniones
muy superficiales
RFIA: Caracterización
en Alta Frecuencia
CV, ADMITANCIA y
DLTS:Estados
superficiales en la
interface
Líneas de investigación actuales
• Estudio de dieléctricos de alta permitividad que
puedan sustituir al óxido de silicio en las futuras
generaciones de circuitos integrados.
– Dieléctricos fabricados mediante la técnica de Deposición de
capas atómicas (ALD, “Atomic Layer Deposition”) y Sputtering
Reactivo de Alta Presión (HPRS).
• Caracterización de Células Solares de Silicio
Policristalino (en colaboración con varias empresas:
D.C. Wafers – Cenit Solar – Yokon Solar …)
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Dieléctricos de alta permitividad: “High-K”
Figure 1. Intel’s 45nm transistor
with high-k dielectric and metal
gate. Image courtesy of Intel Corp.
DRAM cells:
r
H
Aspect ratio, AR = 2r/H
The alternative: High-K Dielectrics
COX 
k 0
d ox
High-K dielectrics requirements
High permittivity
Wide band-gap
High band barriers to avoid tunneling
Low density of electrically active defects
Thermodynamic stability
Film morphology
Interface quality
Compatibility with the current or expected
materials to be used in processing for
CMOS devices
Process compatibility, and
Reliability
Important drawbacks:
As higher K as lower EG and band offsets
Líneas de investigación actuales:
Células Solares
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Células Solares: Principios básicos
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Solar Energy Spectrum
16
Eficiencia de células solares
Eficiencia de células solares
18
Eficiencia de células solares
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Técnicas de Caracterización utilizadas en el
Laboratorio de Caracterización
DIELÉCTRICOS
CÉLULAS SOLARES
Mecanismos de conducción
I-V
Medidas de resistividad del sustrato
(Dopado de las Obleas de Partida)
Spreading resistance, Método de las 4 puntas,
Técnica de Van der Paw, Efecto Hall
Caracterización eléctrica inicial
Medidas Capacidad- Tensión, C-V
Determinación de Estados Superficiales,
Single-Shot DLTS
Defectos en el Aislante
Transitorios de Conductancia (GTT)
Transitorios de Banda Plana (Vfb-t)
Perfiles de dopado
Medidas C-V en uniones
Detección de Centros Profundos
Single-Shot DLTS, Medidas de Admitancia
Perfiles de Centros Profundos
Técnica de Transitorios C-V (CVTT)
Drive Level Capacitance Profiling (DLCP)
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Técnicas de Análisis de Respuesta en
Frecuencia de Dispositivos Electrónicos
•Líneas de transmisión
•Líneas Microstrip
•Métodos de ánalisis de Circuitos
• La Carta de Schmith
•Analizadores de Parámetros S
•Analizadores Vectoriales
•Acoplamiento de Impedancias (Impedance
Matching
•Dispositivos de Semiconductores de Alta
Frecuencia
•Circuitos Milimétricos
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Técnicas de medida y extracción de
parámetros de circuitos electrónicos
• Diodo de unión
•Modelos de gran y pequeña señal
• Modelos SPICE
•Transistor bipolar
•Modelos de Ebers-Moll y Gummel
•Modelos SPICE
• Transistor MOSFET
• Circuito equivalente de pequeña señal
•Modelos SPICE 1, 2 y 3.
•Modelos BSIM
• Técnicas de medida de parámetros de
transistores BJT
• Técnicas de medida de parámetros de
transistories MOS
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Caracterización de dispositivos y circuitos electrónicos Luis Alberto