7半导体材料测试技术
半导体器件综合参数测试
研究生《电子技术综合实验》课程报告题目：半导体器件综合参数测试学号姓名专业指导教师院（系、所）年月日一、实验目的：（1）了解、熟悉半导体器件测试仪器，半导体器件的特性，并测得器件的特性参数。
掌握半导体管特性图示仪的使用方法，掌握测量晶体管输入输出特性的测量方法。
（2）测量不同材料的霍尔元件在常温下的不同条件下（磁场、霍尔电流）下的霍尔电压，并根据实验结果全面分析、讨论。
二、实验内容：（1）测试3AX31B、3DG6D的放大、饱和、击穿等特性曲线，根据图示曲线计算晶体管的放大倍数；（2）测量霍尔元件不等位电势，测霍尔电压，在电磁铁励磁电流下测霍尔电压。
三、实验仪器：XJ4810图示仪、示波器、三极管、霍尔效应实验装置四、实验原理：1.三极管的主要参数：（1）直流放大系数h FE：h FE=（I C-I CEO）/I B≈I C/I B。
其中I C为集电极电流，I B为基极电流。
基极开路时I C值，此值反映了三极管热稳定性。
（2）穿透电流I CEO：（3）交流放大系数β：β=ΔI C/ΔI B（4）反向击穿电压BV CEO：基极开路时，C、E之间击穿电压。
2.图示仪的工作原理：晶体管特性图示仪主要由阶梯波信号源、集电极扫描电压发生器、工作于X-Y方式的示波器、测试转换开关及一些附属电路组成。
晶体管特性图示仪根据器件特性测量的工作原理，将上述单元组合，实现各种测试电路。
阶梯波信号源产生阶梯电压或阶梯电流，为被测晶体管提供偏置；集电极扫描电压发生器用以供给所需的集电极扫描电压，可根据不同的测试要求，改变扫描电压的极性和大小；示波器工作在X-Y状态，用于显示晶体管特性曲线；测试开关可根据不同晶体管不同特性曲线的测试要求改变测试电路。
（原理如图1）上图中，R B、E B构成基极偏置电路。
当E B》V BE时，I B=（E B-V BE）/R B基本恒定。
晶体管C-E之间加入锯齿波扫描电压，并引入小取样电阻RC，加到示波器上X轴Y轴电压分别为：V X=V CE=V CA+V AC=V CA-I C R C≈V CAV Y=-I C·R C∝-I CI B恒定时，示波器屏幕上可以看到一根。
半导体材料检测种类、项目与方法总结
半导体材料检测种类、项目与方法总结半导体材料检测是对半导体材料的特性参数进行分析测试的技术，具体涉及到哪些材料的检测，目前常见的检测技术有哪些？我们不妨一起来看看。
半导体材料检测是对半导体材料的特性参数进行分析测试的技术，由于半导体材料种类繁多，加工工艺复杂，形态各异，技术难度高，这就需要我们通过对半导体材料的特性参数进行测定，真实的反映半导体材料质量情况，掌握其关键参数的生成工艺，从而指导研发技术的更新迭代。
常见半导体材料检测种类
1、湿电子化学品检测种类
（1）酸碱类：高纯盐酸、高纯硫酸、高纯硝酸、高纯氢氟酸、高纯冰Z酸、高纯草酸、电子级复水、电子级过氧化氢、氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液、电子级磷酸；
（2）蚀刻类：铝腐蚀液、铬鹰蚀液、镍银腐蚀液、硅腐蚀液、金蚀刻液、铜蚀刻液、显影液、剥离液、清洗液、ITO蚀刻液、缓释剂、BOE；
（3）溶剂类：甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、四甲基氢氧化铵、甲苯、二甲苯、三氯乙烯、环已烷、N-甲基吡略烷酮、丙二醇单甲醚、丙二醇单甲醚醋酸酯等。
2、光刻胶及配套试剂检测种类
光刻胶、负胶显影液、负胶漂洗液、负胶显影漂洗液、正胶显影液正胶稀释剂、边胶清洗剂、负胶剥离液、正胶剥离液等。
3、电池材料检测种类
（1）负极材料：碳材料、非碳负极材料、石里负极材料、锂电池负极材料、硅负极材料、锂离子负极材料、硅碳负极材料、碳素负极材料、沥青负极材料等；
（2）正极材料：钻酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料、镍，钻，锰酸锂、镍锰酸锂、正极材料镍钻锰酸锂等；
（3）电解液：锂离子电池用电解液、锂原电池用电解液、六氟磷酸锂、六氟磷酸锂电解液等；
（4）电池/电解液添加剂：成膜添加剂、导电添加剂、阻燃添加剂、过充保护添加剂、改善低温性能的添加剂、多功能添加剂等；。
半导体材料的测试技术
半导体材料的测试技术1.电学测试技术电学测试技术是半导体材料测试的基础。
它主要包括电阻测试、电容测试、电势分布测试等。
电阻测试用于测量材料的电阻值，以判断导电性能。
电容测试则用于测量材料的电容值，以评估绝缘性能。
电势分布测试则用于测量电势在材料内的分布情况，以评估电路设计的准确性和稳定性。
2.光学测试技术光学测试技术主要用于测量材料的光学性能，例如透射率、反射率、折射率等。
这些参数对于半导体材料的功能和性能至关重要。
光学测试技术通常使用光谱仪、激光干涉仪等设备进行测量，可以精确地确定材料的光学特性。
3.结构测试技术结构测试技术主要用于测量材料的结构参数。
例如，常见的X射线衍射技术可以用来分析材料的晶体结构和晶体缺陷。
扫描电子显微镜（SEM）可以用来观察材料的微观形貌和表面形貌。
透射电子显微镜（TEM）则能够提供更高分辨率的图像，用于研究材料的纳米级结构。
4.热物性测试技术热物性测试技术主要用于测量材料的导热性能和热稳定性。
热导率测试可以测量材料导热的速度和效率，以评估材料的散热性能。
热膨胀测试可以测量材料在温度变化下的线膨胀系数，以评估材料的热稳定性。
5.电子能谱测试技术电子能谱测试技术通过测量材料中电子的能量分布，可以得到材料的成分和化学状态。
常见的电子能谱测试技术包括X射线光电子能谱（XPS）、透射电子能谱（AES）等。
这些技术可以用来分析材料的表面组成和化学键的状态，以评估材料的纯度和接触性能。
总之，半导体材料测试技术在半导体工业生产中起着至关重要的作用。
通过不同的测试技术，可以对材料的电学、光学、结构、热物性以及化学性质进行全面而详细的检测和分析。
这些测试结果有助于提高半导体材料的质量和性能，从而推动整个半导体工业的发展。
四探针法测量半导体电阻率及薄层电阻
在半无穷大样品上的点电流源， 若样品的电阻率ρ均匀， 引入点电流源的探针其电流
强度为 I，则所产生的电力线具有球面的对称性， 即等位面为一系列以点电流为中心的半
球面，如图 2-1 所示。在以ｒ为半径的半球面上，电流密度ｊ的分布是均匀的：
j= I 2πr 2
（2-1）
若 E 为ｒ处的电场强度， 则
E = jρ = Iρ 2πr2
2
r12
1 r13
3
r34
4
r24
ss s
12
3
4
图 2-2 任意位置的四探针
图 2-3 直线型四探针
ρ = V23 2πS I
（2-9）
2-9 式就是常见的直流四探针 (等间距) 测量电阻率的公式， 也是本实验要用的测量公式之 一。需要指出的是： 这一公式是在半无限大样品的基础上导出的，实用中必需满足样品厚度 及边缘与探针之间的最近距离大于四倍探针间距， 这样才能使该式具有足够的精确度。
包围。同样需要注意的是当片状样品不满足极薄样品的条件时，仍需按式(2.10)计算电阻
率P。其修正系数Bo列在表 2.3 中。
2. 扩散层的薄层电阻
半导体工艺中普遍采用四探针法测量扩散层的薄层电阻，由于反向 pn 结的隔离作
用，扩散层下的衬底可视为绝缘层，对于扩散层厚度(即结深 Xj)远小于探针间距 S，而横
向尺寸无限大的样品，则薄层电阻率为：
s d
d 2d
ρ = 2π s × V
B0
I
s d
B0
s d
0.1
1.0009
0.6
B0
s d
1.1512
1.2
B0 1.7329
0.2
半导体测试与表征技术基础[详细讲解]
![半导体测试与表征技术基础[详细讲解]](https://img.taocdn.com/s3/m/29135caaf021dd36a32d7375a417866fb84ac01c.png)
半导体测试与表征技术基础第一章概述（编写人陆晓东）第一节半导体测试与表征技术概述主要包括：发展历史、现状和在半导体产业中的作用第二节半导体测试与表征技术分类及特点主要包括：按测试与表征技术的物理效应分类、按芯片生产流程分类及测试对象分类（性能、材料、制备、成分）等。
第三节半导体测试与表征技术的发展趋势主要包括：结合自动化和计算机技术的发展，重点论述在线测试、结果输出和数据处理功能的变化；简要介绍最新出现的各类新型测试技术。
第二章半导体工艺质量测试技术第一节杂质浓度分布测试技术（编写人：吕航）主要介绍探针法，具体包括：PN结结深测量；探针法测量半导体扩散层的薄层电阻（探针法测试电阻率的基本原理、四探针法的测试设备、样品制备及测试过程注意事项、四探针测试的应用和实例）；要介绍扩展电阻测试系统，具体包括：扩展电阻测试的基本原理、扩展电阻的测试原理、扩展电阻测试系统、扩展电阻测试的样品、扩展电阻法样品的磨角、扩展电阻法样品的制备、扩展电阻测试的影响因素、扩展电阻法测量过程中应注意的问题、扩展电阻法测量浅结器件结深和杂质分布时应注意的问题、扩展电阻测试的应用和实例。
第二节少数载流子寿命测试技术（编写人：钟敏）主要介绍直流光电导衰退法、高频光电导衰退法，具体包括：非平衡载流子的产生、非平衡载流子寿命、少数载流子寿命测试的基本原理和技术、少数载流子寿命的测试。
以及其它少子寿命测试方法，如表面光电压法、少子脉冲漂移法。
第三节表面电场和空间电荷区测量（编写人：吕航）主要包括：表面电场和空间电荷区的测量，金属探针法测量PN结表面电场的分布、激光探针法测试空间电荷区的宽度；容压法测量体内空间电荷区展宽。
第四节杂质补偿度的测量（编写人：钟敏）包括：霍尔效应的基本理论、范德堡测试技术、霍尔效应的测试系统、霍尔效应测试仪的结构、霍尔效应仪的灵敏度、霍尔效应的样品和测试、霍尔效应测试的样品结构、霍尔效应测试的测准条件、霍尔效应测试步骤、霍尔效应测试的应用和实例、硅的杂质补偿度测量、znO的载流子浓度、迁移率和补偿度测量、硅超浅结中载流子浓度的深度分布测量第五节氧化物、界面陷阱电荷及氧化物完整性测量（编写人：钟敏）包括：固定氧化物陷阱和可动电荷、界面陷阱电荷、氧化物完整性测试技术等。
半导体材料测试技术
半导体材料测试技术半导体材料测试技术是现代半导体工业中的关键环节，对半导体芯片的质量和性能进行准确的测量和评估，是保证半导体产品质量的重要手段。
本文将从半导体测试的背景与意义、半导体材料测试的基本原理、常用测试方法以及未来发展方向等四个方面进行详细阐述。
一、半导体测试的背景与意义半导体行业是现代高科技产业的基础，其产品广泛应用于电子设备、通信设备、计算机等各个领域。
而半导体芯片作为半导体产品的核心，其性能和质量在很大程度上决定了整个产品的性能和可靠性。
为了保证半导体产品的质量和竞争力，需要对半导体芯片进行全面的测试，以确保其性能指标符合设计要求，且能在各种应用场景下正常工作。
半导体材料测试技术的研究和应用，对于提高半导体产品的质量、降低缺陷率、提高生产效率等方面具有重要意义。
二、半导体材料测试的基本原理1.电学测试电学测试是半导体材料测试的基础，通过测量材料的电阻、电容、电压等参数，来评估材料的性能和特性。
常用的电学测试方法包括四引线测量法、电学参数测试、电流-电压特性测试等。
2.光学测试光学测试是半导体材料测试中的重要手段，通过测量材料对光的吸收、透射、反射等特性，来评估材料的光学性能。
常用的光学测试方法包括透射光谱分析、反射光谱分析、激发发光等。
3.结构测试结构测试是对半导体材料的外形、形态、组成等进行测量和评估的一种方法。
常用的结构测试方法包括扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等。
三、常用测试方法1.失效分析失效分析是对半导体芯片进行故障检测和分析的方法，通过对芯片的电学、光学、结构等多个方面进行全面测试，查找故障点和原因，并提供改进和优化建议。
常用的失效分析方法包括故障模式与效应分析(FMEA)、故障定位、芯片切片分析等。
2.可靠性测试可靠性测试主要是对半导体芯片在不同环境条件下的工作稳定性和寿命进行测试和评估。
常用的可靠性测试方法包括高温老化、湿度测试、可靠性模型分析等。
半导体基础实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除半导体基础实验报告篇一：半导体物理实验报告电子科技大学半导体物理实验报告姓名：艾合麦提江学号：20XX033040008班级：固电四班实验一半导体电学特性测试测量半导体霍尔系数具有十分重要的意义。
根据霍尔系数的符号可以判断材料的导电类型；根据霍尔系数及其与温度的关系，可以计算载流子的浓度，以及载流子浓度同温度的关系，由此可确定材料的禁带宽度和杂质电离能；通过霍尔系数和电阻率的联合测量．能够确定我流子的迁移约用微分霍尔效应法可测纵向载流子浓度分布；测量低温霍尔效应可以确定杂质补偿度。
霍尔效应是半导体磁敏器件的物理基础。
1980年发现的量子霍尔效应对科技进步具有重大意义。
早期测量霍尔系数采用矩形薄片样品．以及“桥式”样品。
1958年范德堡提出对任意形状样品电阻率和霍尔系数的测量方法，这是一种有实际意义的重要方法，目前已被广泛采用。
本实验的目的使学生更深入地理解霍尔效应的原理，掌握霍尔系数、电导率和迁移率的测试方法，确定样品的导电类型。
一、实验原理如图，一矩形半导体薄片，当沿其x方向通有均匀电流I，沿Z方向加有均匀磁感应强度的磁场时，则在y方向上产生电势差。
这种想象叫霍尔效应。
所生电势差用Vh表示，成为霍尔电压，其相应的电场称为霍尔电场ey。
实验表明，在弱磁场下，ey同J（电流密度）和b成正比ey=RhJb（1）式中Rh为比例系数，称为霍尔系数。
在不同的温度范围，Rh有不同的表达式。
在本征电离完全可以忽略的杂质电离区，且主要只有一种载流子的情况，当不考虑载流子速度的统计分布时，对空穴浓度为p的p型样品Rh?1?0（2）pq式中q为电子电量。
对电子浓度为n的n型样品Rh??1?0nq（3）当考虑载流子速度的统计分布时，式（2）、（3）应分别修改为??h?1??h?1Rh??Rh???pqnq??p??n（4）式中μh为霍尔迁移率。
μ为电导迁移率。
对于简单能带结构??h?（5）h??h?p??nγh称为霍尔因子，其值与半导体内的散射机制有关，对晶格散射γh=3π/8=1.18;对电离杂质散射γh=315π/512=1.93,在一般粗略计算中,γh可近似取为1.在半导体中主要由一种载流子导电的情况下，电导率为?n?nq?n和?p?pq?p（6）由（4）式得到Rh?ph?p和Rh?nh?n（7）测得Rh和σ后，μh为已知，再由μ（n，T）实验曲线用逐步逼近法查得μ，即可由式（4）算得n或p。
半导体器件物理
器件仿真的基本原理
• 基于数学模型和计算机算法
• 仿真结果与实际器件性能关系
器件仿真的方法
• 有限元法
• 有限差分法
• 分子动力学法
器件性能的优化策略
器件性能优化策略
器件性能优化的应用
• 材料选择和结构设计优化
• 提高半导体器件的性能
• 制程工艺优化
• 降低半导体器件的成本
D O C S S M A RT C R E AT E
半导体器件物理
CREATE TOGETHER
DOCS
01
半导体器件物理的基本概念
半导体材料的性质和特点
半导体材料的特点
• 介于导体和绝缘体之间
• 能带结构中的能隙较小
• 温度和掺杂浓度影响导电性
半导体材料的分类
• 元素半导体（如硅、锗）
• 化合物半导体（如镓砷化物）
能带结构的基本概念
• 电子的能量状态分布
• 能带之间的能量间隙
载流子的类型和输运
• 电子和空穴作为主要载流子
• 载流子的输运特性与能带结构关系
能带结构和载流子的应用
• 半导体器件性能分析
• 半导体器件设计
p-n结和势垒
p-n结的基本概念
• 半导体中两种载流子浓度的交界处
• 内建电场和空间电荷分布
p-n结的特性
• 光通信和光计算
• 显示和照明技术
• 生物检测和医疗应用
05
半导体器件的数学模型
泊松方程和电流连续性方程
01
泊松方程的基本概念
• 电场分布的描述
• 电荷分布与电场关系
02
电流连续性方程的基本概念
• 电流密度分布的描述
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Electrical Properties
* Sheet Resistance * Free Carrier Mobility * Conductivity
Material Properties
* Dopant Concentration * Material Composition * Crystalline
半导体材料测试技术
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§3.2.2 涡流非接触测量
1510C Standalone
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§3.3 霍尔系数及载流子测量
VH K H IB sin
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§3.3.1 Van der pauw 范得堡法
半导体材料测试技术
•Specs: • Dynamic Repeatability • Static Repeatability • Accuracy (estimated)
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§3.4 薄膜测量
对于膜层： ．厚度t ．折射率n ．吸光率k 对于衬底 ．折射率n和吸光率k
半导体材料测试技术
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§3.2 方阻测量
薄层电阻又称方块电阻，其定义为正方形的半导体薄 层，在电流方向所呈现的电阻，常用欧姆每方表示
1 Rs qQ
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§3.2.1 四探针
4 Point Probe（FPP）
2V23 1 1 1 1 1 ) ( r12 r24 r13 r34 I
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§3.4.1 光谱反射测量法
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§3.4.1 光谱反射测量法
光谱直接提供晶片反射比 光谱还包含如下信息： ．膜层厚度（t） ．层和衬底的折射率（n） ．层和衬底的吸光率（k）
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§3.4.1 光谱反射测量法
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§3.1 导电类型测量
冷热探针法——温差电效应
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§3.2 方阻测量
-1 = [qn µ ] + [qp µ ] , (ohm-cm) n p
= 1 / = -1 , (ohm-cm)
where: q = charge of an electron = 1.6 x 10 -19 coulombs n = number of electrons, carriers / cm3 p = number of holes, carriers / cm3 2 µ n = electron mobility, cm / V-sec 2 µ p = hole mobility, cm / V-sec
Translate into Conductivity tensor Coefficients
Single Field Analysis Software Module
Mobility Analysis Software Module MultiMode Module
Mobility Spectrum Analysis
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§3.3.2 变温范得堡法
MMR Joule-Thomson Miniature Refrigerator
Sample Mounting Surface
Silicon Diode
Resistor Heater
Electrical Lead Connections
Conductivity
Mobility
Mob Con Den
1 - ##
MagF Mob Den Rs. ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ## ##
##
## ## ## ## ##
##
## ## ## ## ##
MultiCarri试技术
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半导体材料测试技术
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§3.3.3 非接触迁移率测量
LEI 1610 Non-contact Mobility Testing
Back electrode (adjustable) Sample Reflected RF Power (TE10) Mode Circular WG.
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§3.3.1 van der pauw 范得堡法
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§3.3.2 变温范得堡法
Hall System
• • • •
C-frame magnet available. B-field up to 7000 Gauss Resistivity: 10-4 ~ 1013 ohm-cm Mobility: 1 ~ 107 cm2/volt-sec Concentration: 103 ~ 1019 cm-3
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§3.2.1 四探针
CMT-SR2000N
Compact Mapping System to measure Sheet Resistance and Resistivity of Wafer up to 200 mm.
Compact and simple design X-Y-Z axis full automatic system Exclusive operation software Powerful data analysis and mapping functions User selection measurement mode Competitive price
Lower
Head Satisfactory penetration assured
Vo
1
s Oxide
1
s Metal
1
s Si
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§3.2.2 涡流非接触测量
Four Point Probe
DC-Voltage DC-Current Coil
§3.0 引言
Wafer Probe
Metal Oxide Semiconductor
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§3.0 引言
Solar Cells
Refractive Index & Extinction Coefficients
* Absorption * Transmission * Reflectivity
Plot
AC Power
: Contour, 3D, Diameter Scan
: 110V ~ 220V ± 10%
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§3.2.2 涡流非接触测量
Four Point Probe Degradation Contamination
Probe Tip
Non Contact Heads
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The Measurement Technique for Semiconductor Materials
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§3.0 引言
半导体器件基本特性测量
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§3.0 引言
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§3.2.1 四探针
Specifications
Wafer Size Measurement Range Measurement Time Probe : Max. 200mm : 1mΩ/sq ~ 2MΩ/sq : 3±1sec/point : Jandel Eng., UK
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§3.2.1 四探针
Measurement Principle
Current forced through two outer probes(1&4) & Voltage measured across two inner probes(2&3). - Probes equally spaced / Probe spacing is twice thickness of layer
E
p-plane
s-plane p-plane E
plane of incidence s-plane
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§3.4.2 椭圆偏振光 Ellipsometry
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§3.4.2 椭圆偏振光 Ellipsometry
Ellipsometry Measures: Properties of Interest:
2-
## ## ## ## ##
3-
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§3.3.3 非接触迁移率测量
Measurement Specifications
•Sample Size: •Ranges: • Mobility • Carrier Density • Sheet Resistance </=150mm wafers >40mm2 pieces up to 20,000 cm2/V-s 1e10 - 1e14 /cm2 >100 Ω/square +/- 5% at 1 sigma +/- 1% at 1 sigma +/- 10%