vc累计正电荷为什么会黑

VC作为一种常用的分析手段,在die level的失效分析中用的很多，比如在做去层分析到CT层次时，通过SEM图像的明暗来判断CT以下的结构（比如栅氧）是否有异常，通常会在Low KV（~0.7KV）和High KV（>5KV）下来检查。

在解释VC之前，先简单了解一下SEM成像的原理：

电子束经过加速，打到样品表面，会产生很多种信号，比如X射线，俄歇电子，二次电子，背散射电子等等，其中由于二次电子的成像分辨率比较高而广泛用于SEM成像。当入射电子打到样品表面时，会发生非弹性碰撞，一些核外的电子获得能量跑到样品表面，这些电子叫做二次电子， SEM机台内部的二次电子的探头检测这些二次电子从而成像。

下面进入正题：

我们通常用的基本上都是PVC（Passive voltage contrast），也就是说只需要借助SEM拍照就能实现，此外还有AVC（Active voltage contrast），这就需要SEM内的探针对IC加上偏置以后再检查VC图像。这次我们重点讨论PVC，以下简称VC。

既然SEM图像的明暗是由被探测器接收到二次电子的量来决定的，那二次电子的产生对于我们来说至关重要。二次电子的产率可以通过下面这张图来解释：

σ=Ns/Ne

Ns：发射出二次电子数目； Ne：入射电子数目；其中E1 大约在0.5KV，E2 大约在2KV。

1. 当发射二次电子数目Ns >入射二次电子数目Ne，对应上图绿色区域，此时发生的是positive charge由于能量守恒，此时会在样品表面累积正电荷；（对应Low KV下的VC。）

2. 当发射二次电子数目Ns <入射二次电子数目Ne，对应上图紫色区域，此时发生的是negative charge由于能量守恒，此时会在样品表面累积负电荷；（对应High KV下的VC。）

3. 当两者数目相等，此时没有电荷累积。

Positive VC 的情况:

1.对于floating的位置，由于累积了正电荷，在电场作用下，二次电子向下运动，从而很难被二次电子的探头探测到，此时成像就是暗色；

2.对于grounded的位置，由于没有电荷累积，二次电子被正常探测到，此时成像为亮色。

而在实际应用中，不仅仅存在floating/grounded 的情况，还有别的情况，比如通过CT连出来的N+ in P well, P+ in N well. 其实道理一样，如下：

3. N+ in P well：PN结对于正电荷反偏，这里的CT处会累积正电荷，并且成像偏暗；

4. P+ in N well：PN结对于正电荷正偏，这里的CT处无法累积大量的正电荷，并且成像较亮；

下面这张VC图片和LAYOUT一一对应的情况有助于理解：

Negative VC 的情况:

1. 对floating 的位置，负电荷累积会增加二次电子的接受率，因此显示为亮；

2. 对于grounded的位置，没有负电荷累积，二次电子接受率没有增加，显示为暗；

3. 对于N+ in P well，PN结对负电荷为正偏，不能累积大量负电荷，显示为较暗；

4. 对于P+ in N well，PN结对负电荷为反偏，负电荷累积，显示为较亮。

你说的是SEM电镜吧，这主要是它的成像原理导致的其可以反映样品表面或者断面的形貌信息。SEM的工作原理为：从电子枪阴极发出的直径20(m～30(m的电子束，受到阴阳极之间加速电压的作用，射向镜筒，经过聚光镜及物镜的会聚作用，缩小成直径约几毫微米的电子探针。在物镜上部的扫描线圈的作用下，电子探针在样品表面作光栅状扫描并且激发出多种电子信号。这些电子信号被相应的检测器检测，经过放大、转换，变成电压信号，最后被送到显像管的栅极上并且调制显像管的亮度。显像管中的电子束在荧光屏上也作光栅状扫描，并且这种扫描运动与样品表面的电子束的扫描运动严格同步，这样即获得衬度与所接收信号强度相对应的扫描电子像，这种图象反映了样品表面的形貌特征。

SEM通过电子来使样本放大50万倍，相当于将1毫米放大到500米。同时，SEM也可以分析样品的组成元素。SEM产生电子束撞击样品原子的电子层，产生X射线，释放不同程度的能力，从而判断原子的种类。这项技术也被称为X射线微探技术，对于分析枪击痕迹非常有用。

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