面内电流隧道法(CIPT)是一种测量隧道结特性的方法,通过在完整的晶圆/大样品上放置一组探针,而不使用传统的隧道结结构技术。这大大加快了开发和测试的速度。此外,由于探针间距非常小(微米大小),这些非侵入性测量在本质上是局部的,可用于均匀性控制以及在晶圆尺寸样品上变化的参数表征。
在CIPT测量中,样品的(薄片)电阻是用四点探针方法测量的。电流通过两个探针(I+和I-)通过样品,从另外两个探针(V+和V-)之间的感应电压降可以计算出样品的电阻。下图中(a)为样本的俯视图,(b)为样本的横截面。
如果样品是隧道结,一部分电流将流过顶部电极,而另一部分电流将隧道穿过势垒并流过底部电极。通过势垒的隧穿电流可以通过改变探针之间的距离来改变,如下图所示。
当探针放置在一起非常近的时候,电流将不会“有时间”隧穿下来,将主要流过顶部电极。当探针间距非常大时,电流将在顶部和底部电极之间按比例划分。因此,探头间距越小,隧道结的电阻越高,而探头间距越大,隧道结的电阻下降到较低的值,如图所示。通过测量不同探针间距的隧道结电阻(通过在CIPT探针上选择不同的电极),沿着这样的曲线获得了许多数据点。拟合数据得到隧道结的特征性质。
在上图中,y轴表示薄片电阻,而x轴表示用于每次测量的探针之间的距离。从这个图中可以估计出下列重要参数。
R(T) =上电极电阻
R(B) =底部电极电阻
RA积=表示隧道屏障的阻力
λ =特征长度
TMR =顶部和底部电极之间电阻的相对变化