宽域变温扫描MDP-PICTS技术革新半导体质控的三大核心突破
在光伏与微电子产业高速发展的今天，半导体材料的质量控制已成为决定产品良率与成本的核心要素。传统电学表征技术因需接触式电极制备，存在破坏样品、空间分辨率低、难以适应产线节奏等痛点。Freiberg Instruments公司凭借其革命性的微波检测技术——微波探测光导率（MDP）与微波探测光诱导电流瞬态谱（MDPICTS），正在全球半导体材料分析领域掀起技术革新浪潮。
一、技术原理：微波传感驱动非接触式手段
MDPICTS技术通过微波谐振腔实时监测样品介电常数的动态变化，结合脉冲激光激发与精密温控系统，实现了对半导体缺陷的"无损CT扫描"。其核心突破体现在三大维度：
1.超灵敏微波探测
采用专利微波谐振腔设计（如图1），检测灵敏度较传统PICTS提升2-3个数量级，可捕捉1010 cm-3量级的载流子浓度变化。在硅材料测试中，系统可分辨0.13 eV活化能的微量热施主缺陷。
图 1. MDP测量装置示意图
2.多维动态分析能力
通过控制激光波长（UV-IR）实现深度剖面分析，结合80-500K宽温域扫描，可同步获取：
o少数载流子寿命（τ）
o光导率（Δσ）
o陷阱活化能（EA）
如图2所示，单次测量即可完成载流子生成、复合、陷阱再发射全过程的动态追踪。
图2. MDPICTS中的物理过程及其对应的信号部分：（1）载流子的产生和捕获，（2）快速复合过程，（3）捕获载流子的二次发射。
3.智能仿真平台
配套的数值模拟工具突破传统SRH模型局限，基于第一性原理构建广义速率方程组，可精确预测缺陷参数对材料性能的影响。实验验证显示，Si样品中铁杂质浓度计算的仿真误差<5%，为工艺优化提供可靠数字孪生模型。
二、产线级应用：从晶锭到器件的全流程质控
在多晶硅片检测中（图3），实现0.5mm空间分辨率的Fe金属污染分布成像。关键技术指标表现：
·注入范围：1010-1017 cm-3（跨越7个数量级）
·温度稳定性：±0.1K@液氮环境
·产线兼容性：支持300mm晶圆全自动测量
图3：分辨率为0.5毫米的SiNx钝化mc-Si晶片的示例性铁图
典型案例解析
1.光伏硅片金属污染监控
对掺铬CZ硅片的MDPICTS分析显示（图4），CrB复合体在250℃退火后解离为Cri，活化能从0.38eV降至0.29eV。配合MDP铁浓度图谱（图3），可建立Fe/Cr/B-O复合体的三维分布模型，指导清洗工艺优化。
图4. 氧化物钝化Cz-Si晶片的相对BO2浓度（a）和Fe浓度（b）
2.宽禁带半导体缺陷诊断
在6H-SiC材料中（图5），系统成功识别EH6/EH7深能级缺陷，活化能测定值（=0.55-0.73eV）与DLTS结果高度吻合。对VGF法生长GaAs的检测更发现EL2缺陷信号极性反转现象（图6），揭示了费米能级对缺陷态占据的关键影响。
图5. 不同Si-6H SiC 样品在不同温度范围内的MDPICTS光谱比较。样品I–III在相同工艺条件下生长。
图6. 通过HT-MDPICTS 检测具有不同受体浓度的Si GaAs样品中的EL2d效应。峰高和符号与受体浓度相关。D系列样品未掺杂，受体浓度从A上升到C。
3.化合物半导体界面分析
采用405nm/980nm双波长激发，对InP外延层实现0.3μm深度分辨。实验发现Fe掺杂导致MDPICTS信号在350K出现负峰（图7），首次直接证实Fe³+→价带空穴发射机制，为InP器件可靠性评估提供新判据。
图7 不同晶体位置和不同Fe浓度的原生Fe掺杂Si-InP样品的MDPICTS光谱比较。样品的特征缺陷水平不同。
三、技术拓展：从实验室走向智能生产线
Freiberg Instruments公司正在将MDP-PICTS检测技术与现代智能工厂技术深度融合，为半导体制造带来更高效、更智能的质量管理方案：
实时在线监控
在硅材料生产过程中，MDP-PICTS系统可直接安装在生长设备上，像"质检摄像头"一样实时追踪硅锭中的铁杂质分布。生产线人员无需停机取样，就能在控制屏上看到铁浓度的动态变化图表，第一时间发现异常。
智能缺陷识别系统
快速识别出铁硼复合体、氧沉淀等多种常见缺陷类型，并生成通俗易懂的检测报告。
多技术协同检测
MDP-PICTS与光致发光（PL）、电子束诱导电流（EBIC）等传统检测技术的数据互通互联。这些技术组合能为每片材料生成包含电学性能、光学特性、微观结构等信息的"质量档案"，帮助工程师全面掌握材料状况。
作为非接触式电学表征的技术标杆，MDPICTS正在重塑半导体质量控制的范式。其兼具纳米级空间分辨与毫秒级动态响应的特性，完美契合第三代半导体、柔性电子等新兴领域对原位检测的严苛需求。Freiberg Instruments通过持续的技术迭代，为全球半导体产业提供从研发到量产的全链条解决方案，推动材料缺陷分析进入"看得清、测得准、控得住"的新纪元。
该文章由InstituteofTheoreticalPhysics和Freiberg Instruments等机构在Physica Status Solidi期刊上发表的文献，详细文章可查阅：Contactless electrical defect characterization in semiconductors by microwave detected photo induced current transient spectroscopy (MD‐PICTS) and microwave detected photoconductivity (MDP)
一、技术原理：微波传感驱动非接触式手段
MDPICTS技术通过微波谐振腔实时监测样品介电常数的动态变化，结合脉冲激光激发与精密温控系统，实现了对半导体缺陷的"无损CT扫描"。其核心突破体现在三大维度：
1.超灵敏微波探测
采用专利微波谐振腔设计（如图1），检测灵敏度较传统PICTS提升2-3个数量级，可捕捉1010 cm-3量级的载流子浓度变化。在硅材料测试中，系统可分辨0.13 eV活化能的微量热施主缺陷。
图 1. MDP测量装置示意图2.多维动态分析能力
通过控制激光波长（UV-IR）实现深度剖面分析，结合80-500K宽温域扫描，可同步获取：
o少数载流子寿命（τ）
o光导率（Δσ）
o陷阱活化能（EA）
如图2所示，单次测量即可完成载流子生成、复合、陷阱再发射全过程的动态追踪。
图2. MDPICTS中的物理过程及其对应的信号部分：（1）载流子的产生和捕获，（2）快速复合过程，（3）捕获载流子的二次发射。3.智能仿真平台
配套的数值模拟工具突破传统SRH模型局限，基于第一性原理构建广义速率方程组，可精确预测缺陷参数对材料性能的影响。实验验证显示，Si样品中铁杂质浓度计算的仿真误差<5%，为工艺优化提供可靠数字孪生模型。
二、产线级应用：从晶锭到器件的全流程质控
在多晶硅片检测中（图3），实现0.5mm空间分辨率的Fe金属污染分布成像。关键技术指标表现：
·注入范围：1010-1017 cm-3（跨越7个数量级）
·温度稳定性：±0.1K@液氮环境
·产线兼容性：支持300mm晶圆全自动测量
图3：分辨率为0.5毫米的SiNx钝化mc-Si晶片的示例性铁图典型案例解析
1.光伏硅片金属污染监控
对掺铬CZ硅片的MDPICTS分析显示（图4），CrB复合体在250℃退火后解离为Cri，活化能从0.38eV降至0.29eV。配合MDP铁浓度图谱（图3），可建立Fe/Cr/B-O复合体的三维分布模型，指导清洗工艺优化。
图4. 氧化物钝化Cz-Si晶片的相对BO2浓度（a）和Fe浓度（b）2.宽禁带半导体缺陷诊断
在6H-SiC材料中（图5），系统成功识别EH6/EH7深能级缺陷，活化能测定值（=0.55-0.73eV）与DLTS结果高度吻合。对VGF法生长GaAs的检测更发现EL2缺陷信号极性反转现象（图6），揭示了费米能级对缺陷态占据的关键影响。
图5. 不同Si-6H SiC 样品在不同温度范围内的MDPICTS光谱比较。样品I–III在相同工艺条件下生长。图6. 通过HT-MDPICTS 检测具有不同受体浓度的Si GaAs样品中的EL2d效应。峰高和符号与受体浓度相关。D系列样品未掺杂，受体浓度从A上升到C。3.化合物半导体界面分析
采用405nm/980nm双波长激发，对InP外延层实现0.3μm深度分辨。实验发现Fe掺杂导致MDPICTS信号在350K出现负峰（图7），首次直接证实Fe³+→价带空穴发射机制，为InP器件可靠性评估提供新判据。
图7 不同晶体位置和不同Fe浓度的原生Fe掺杂Si-InP样品的MDPICTS光谱比较。样品的特征缺陷水平不同。
三、技术拓展：从实验室走向智能生产线
Freiberg Instruments公司正在将MDP-PICTS检测技术与现代智能工厂技术深度融合，为半导体制造带来更高效、更智能的质量管理方案：
实时在线监控
在硅材料生产过程中，MDP-PICTS系统可直接安装在生长设备上，像"质检摄像头"一样实时追踪硅锭中的铁杂质分布。生产线人员无需停机取样，就能在控制屏上看到铁浓度的动态变化图表，第一时间发现异常。
智能缺陷识别系统
快速识别出铁硼复合体、氧沉淀等多种常见缺陷类型，并生成通俗易懂的检测报告。
多技术协同检测
MDP-PICTS与光致发光（PL）、电子束诱导电流（EBIC）等传统检测技术的数据互通互联。这些技术组合能为每片材料生成包含电学性能、光学特性、微观结构等信息的"质量档案"，帮助工程师全面掌握材料状况。
作为非接触式电学表征的技术标杆，MDPICTS正在重塑半导体质量控制的范式。其兼具纳米级空间分辨与毫秒级动态响应的特性，完美契合第三代半导体、柔性电子等新兴领域对原位检测的严苛需求。Freiberg Instruments通过持续的技术迭代，为全球半导体产业提供从研发到量产的全链条解决方案，推动材料缺陷分析进入"看得清、测得准、控得住"的新纪元。
该文章由InstituteofTheoreticalPhysics和Freiberg Instruments等机构在Physica Status Solidi期刊上发表的文献，详细文章可查阅：Contactless electrical defect characterization in semiconductors by microwave detected photo induced current transient spectroscopy (MD‐PICTS) and microwave detected photoconductivity (MDP)