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半導体電気特性評価 テラヘルツ分光装置・テラヘルツエリプソメーター
テラヘルツ分光装置・テラヘルツエリプソメーターとは
テラヘルツエリプソメーターとは、光と電磁波の強化周波数である1THz,波長300μm前後の帯域で従来赤外線やミリ波と呼ばれ、この波長域の入射による反射楕円偏光の解析で、半導体の様々な電気的特性を算出する装置です。テラヘルツ波は透過性と物質の同定能力を備え、電波より短波長で微小観察に最適です。低エネルギーですので分子間の結合状態の観察にも応用可能です。西華デジタルイメージで取り扱っているテラヘルツ分光装置/テラヘルツエリプソメーターは電場強度と共に位相情報も同時計測が可能。複素誘電率（複素屈折率）の周波数依存性を計測可能な唯一の装置です。
特徴
- 内部検査を非破壊で実現可能
- 計測用PCとの接続が簡略化されており容易に計測可能
- 測定手順を自由に組み合わせ一連の測定を自動で実行可能
- 豊富なオプションで透過、反射、マッピングなどの拡張に柔軟に対応可能
- レーザーの外部入力が可能なシステム構成で運用やコストに有利
- 広い試料室空間を活かした多様な測定
製品ラインナップ
テラヘルツ分光装置 THz-TDS
- 光と電波の境界領域という、今までとは取り扱いが異なる電磁波の帯域を取り扱う新しい分光装置
- 電磁波パルスの電場強度の時間波形を計測することで、電場強度と共に位相情報も同時に計測
- リファレンスとサンプルでの時間波形の違いを解析することで、サンプルの複素誘電率（複素屈折率）の周波数依存性を取得可能
- フェムト秒レーザー外部導入に対応
- ラインナップに無いユニットでも、特別オプションとして設計・製作対応可能
- 外部プログラムからの測定機の制御に対応、他のシステムと組合わせた測定を実現
テラヘルツエリプソメーター Tera Evaluator
- テラヘルツ分光測定にエリプソメトリの技術を導入した新しいテラヘルツ分光装置
- 4インチ、6インチウェーハの電気特性の計測を非破壊･非接触で実現
- 反射光学系の採用により、不透明な材料の測定に最適
- 4インチ、6インチウェーハ測定用のマッピングステージを標準搭載
- エリプソリックパラメータ、複素屈折率/ 誘電率/電気伝導度を出力
- 測定帯域は中心波長 780 ~800 nm 付近（パルス幅 100 fs 以下）
実験用機器（追加用ユニット）
- テラヘルツの実験用に防振台上に光学エレメントを配置した改造、追加の容易なシステム
- アンテナホルダユニット、解析用ソフトウエア『THz Analysis』やマッピング測定用に利用可能なマッピングユニット等
- 仕様に合わせた特注に対応
仕様表
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|
テラヘルツ分光装置 |
テラヘルツエリプソメーター | |
| 測定方式 | THz-TDS (Time-Domain Spectroscopy) | THz Time-Domain Ellipsometry |
|---|---|---|
| 計測信号 | 電場強度の時間波形 | 電場強度の時間波形 |
| 出力データ | 透過／反射スペクトル（オプション）、複素屈折率、複素誘電率（解析プログラム使用） | エリプソリックパラメータ、複素屈折率/ 誘電率/ 電気伝導度（解析プログラム使用) |
| 試料室光学配置 | 透過光学系配置 付属光学系（オプション）により、反射測定、ATR 測定など汎用測定ができます。クライオスタットを用いた温度可変計測も可能です。 |
水平配置（測定面：上面） |
| サンプル室容量 | 200(W)×360(D)×200(H) mm、約14L | ー |
| 測定帯域 | 40 GHz ～ 4 THz 以上（カットオフ周波数） | 中心波長 780 ~800 nm 付近、 パルス幅 100 fs 以下 （※外部からの導入も可能です） |
| 周波数分解 | 7GHz以下 | ー |
| ダイナミックレンジ | 50 dB 以上（パワースペクトル：最大値） | ー |
| 信号対雑音比 | 2500 : 1 以上（パワースペクトル：最大値） | ー |
| フェムト秒パルスレーザ | オプション（外部からの導入可能） 中心波長 780 ~800 nm 付近、 パルス幅 100 fs 以下、強度 0.5nJ/pulse 以上、繰り返し 40 MHz 以上 |
40 GHz ～ 4 THz 以上（カットオフ周波数） |
| 試料形態 | 固体、液体（液体セルを使用） | ー |
| 制御用PC | Windows 7(32bit 版) の動作条件を満たすコンピュータ Tera Prospector との接続に有線LAN、およびUSB が各1 ポート以上必要 |
Windows 7(32bit 版) の動作条件を満たすコンピュータ Tera Evaluator との接続に有線LANが1ポート、USBが2ポート以上必要 |
| ソフトウェア | 測定用ソフトウェア、解析用ソフトウェア | 測定用ソフトウェア、解析用ソフトウェア |
| 外形寸法/ 重量 | 700(W)×580(D)×380(H) mm、約60 kg （※配線、突起等は含まず） | 732(W)×585(D)×500(H) mm、約85 kg （※配線、突起等は含まず） |
| 電源 | AC100 V ( 50/60 Hz ) 10 A | AC100V ( 50/60 Hz ) 10A(但し、レーザー用に別系統の電源を推奨) |
測定事例
高抵抗シリコンウエハの測定結果（テラヘルツ分光装置）
- ウェーハの表面で繰り返し反射されたピークが確認
- 時間波形をフーリエ変換することにより、透過率と位相の周波数依存性の取得可能
- 複素誘電率（複素屈折率）が計測可能
- 複素誘電率の周波数依存性をドルーデ・モデルを用いて解析することで、キャリア濃度・移動度を取得可能
テラヘルツ吸収スペクトルによる判別 （側鎖の判別）（テラヘルツ分光装置）
- ペリレン誘導体（PTCDI-C5,C8,Ph）の側鎖の違いが、テラヘルツ領域の吸収スペクトルによって観測
樹脂素材の透過例（テラヘルツ分光装置）
- ループコイルとFeliCa チップが搭載されたフレキシブル基板を２枚のPVC 樹脂で挟み、さらにその表層に印刷を施したPET-G 樹脂を重ねた構造のカードを透視
- テラヘルツ測定では樹脂内の部品が透視可能
GaAs エピ基板の測定（テラヘルツエリプソメータ）
- 得られたキャリア濃度はホール測定の結果と±10％の誤差で一致
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