1. 研究半導(dǎo)體硅和砷化鎵材料的晶體缺陷。
我們用SEM的二次電子象(SE)研究了化學(xué)腐蝕顯示的半導(dǎo)體表面的晶體缺陷形貌。用這種方法可研究半導(dǎo)體材料中晶體缺陷應(yīng)變場(chǎng)的形狀和尺寸、缺陷的走向、表面層內(nèi)的密度、單個(gè)缺陷的顯微形態(tài)、缺陷間的相對(duì)取向以及相互作用的跡象等等。FESEM可給出半導(dǎo)體表面晶體缺陷的高分辨形貌象，為上述研究提供方便，例如雜質(zhì)綴飾的位錯(cuò)和堆垛層錯(cuò)成核中心的揭示是CSEM不易作到的。照片1是直拉硅單晶（100）面上化學(xué)腐蝕顯示的位錯(cuò)和氧化層錯(cuò)的二次電子形貌象，其中有一位錯(cuò)穿過(guò)層錯(cuò)使層錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)形狀受到影響。照片2是摻Te砷化鎵（111）晶面上的位錯(cuò)，位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)和微缺陷。可以著到六角形位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)的形狀受到周?chē)诲e(cuò)應(yīng)變場(chǎng)的影響以及微缺陷和位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)相互作用的痕跡（在接近位錯(cuò)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域微缺陷的淺坑消失）。
我們還利用半導(dǎo)體肖脫基勢(shì)壘的EBIC象揭示半導(dǎo)體的原生缺陷，用PN結(jié)（或肖脫基結(jié)）的EBIC象揭示因擴(kuò)散引入的二次缺陷。這種方法對(duì)研究晶體缺陷的電活性有很重要的意義。照片3是硅單晶表面肖脫基勢(shì)壘的ERIC象，說(shuō)明硅晶體中氧沉淀物的聚集。
2. 用FESEM檢驗(yàn)拋光硅表面的沾污
寬帶隙的氧化物和碳化物具有較高的二次電子產(chǎn)額（因它們的二次電子平均自由程大）。我們用δm代表zui大的二次電子產(chǎn)額δmSiO2=2.1-4，δmMgO=15-20而δmS1有1.1，可見(jiàn)半導(dǎo)體材料和氧化物材料的二次電子產(chǎn)額可差20倍。根據(jù)δm的差別，并利用FESEM的低壓工作模式（加速電壓≤1千伏），有效地揭示了硅片表面（經(jīng)拋光和清潔處理之后的表面）的氧、碳沾污。照片4中看到的是用酒精棉擦過(guò)的硅片表面上殘留的不規(guī)則圖形，它們呈亮襯度，說(shuō)明這些區(qū)城的二次電子產(chǎn)額比襯底Si高，俄歇表面分析表明這些亮區(qū)是氧化物薄層。
3. 在研究半導(dǎo)體激光器中的應(yīng)用
半導(dǎo)體激光器的制造工藝一般都是用液相外延的方法來(lái)生長(zhǎng)多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)，一般有源層的厚度都較小。在異質(zhì)結(jié)激光器的制造工藝中，重要的問(wèn)題是由于摻雜不當(dāng)和雜質(zhì)沾污使器件失去了異質(zhì)結(jié)器件的優(yōu)點(diǎn)。我們利用雙異質(zhì)結(jié)激光器剖面的二次電子形貌象和EBIC訊息重疊記錄的方式，清楚地揭示了PN結(jié)在多層外延結(jié)構(gòu)中的位置（照片5中EBIC線(xiàn)分布的峰值位置），指出PN結(jié)距有源層偏位的距離。這個(gè)工作的關(guān)鍵是準(zhǔn)確測(cè)定有源層的位置及厚度，對(duì)薄有源層激光器，有源層厚度有0.1--0.3微米，由于構(gòu)成異質(zhì)結(jié)的兩種半導(dǎo)體材料的二次電子產(chǎn)額差并不大，給檢側(cè)帶來(lái)一定的困難。然而用PESEM選擇適當(dāng)?shù)募铀匐妷海诹闫珘合乱惨椎玫角逦亩鄬咏Y(jié)構(gòu)形貌象，對(duì)研究異質(zhì)結(jié)激光器PN結(jié)偏位的向題十分有利（照片6）。
4. 在研究集成電路中的應(yīng)用
1）電子束、X射線(xiàn)曝光技術(shù)是制造近代半導(dǎo)體集成電路的先進(jìn)工藝，大大提高了集成度和成品率。我們用HPS-50B型FESEM在沒(méi)有表面噴涂金屬膜的份情況下（表面噴涂往往會(huì)使表面形貌失真），直接觀(guān)測(cè)用電子束曝光A刻蝕的二氧化硅、氮化硅的亞微米光柵，測(cè)定其間距、刻蝕 shen 度及邊緣角度。這特別有利于對(duì)電子束和熱敏感的光刻膠刻蝕圖形的直接觀(guān)察（照片7）。
2）我們利用FESEM的高分辨率和低充電效應(yīng)，直接檢測(cè)電路中氧化層的質(zhì)量、多晶硅表面的粒度、光刻工藝中的局部缺陷、金屬連線(xiàn)的隧道形缺陷等。此外，我們還可用EBIC模式確定集成電路中單個(gè)PN結(jié)的位置及PN結(jié)附近的晶體缺陷。
3）電壓襯度是試樣的表面電位分布對(duì)二次電子發(fā)射和檢測(cè)的調(diào)制效應(yīng)。試樣加1~10伏的正電位產(chǎn)生負(fù)襯度（暗襯度），試樣加負(fù)電位產(chǎn)生正襯度（亮襯度）。對(duì)一PN結(jié)加反偏壓時(shí)，P區(qū)是負(fù)電位，電壓襯度為亮區(qū)，N區(qū)為正電位，電壓襯度為暗區(qū)，這是用SEM顯示PN結(jié)的一種方法。SEM的電壓襯度功能多用于分析工作狀態(tài)下的集成電路，檢驗(yàn)集成電路失效的原因。FESEM在低加速電壓下的電壓襯度象可揭示表面層中電位分布，而在較高加速電壓下的電壓襯度象可揭示襯底與表面層之間的電位分布，并且在1KV加速電壓下可檢測(cè)0.1伏偏壓下的電壓襯度差別。這種功能對(duì)多層布線(xiàn)集成電路的分析很有用，這也是FESEM應(yīng)用于研究半導(dǎo)體集成電路的特殊功能。
4）藍(lán)寶石（或尖晶石）絕絕緣襯底上外延硅單晶是制造高速度、高耐輻照性能的半導(dǎo)體集成電路的重要工藝。由于襯底是良好的絕緣材料，在硅單晶外延生長(zhǎng)的初始階段，硅單晶小島還沒(méi)有連為一體時(shí)，外延層的電阻率相當(dāng)高，電子束充電效應(yīng)也相當(dāng)嚴(yán)重。為得到高質(zhì)量的SEM二次電子形貌象往往需要在表面上噴涂一導(dǎo)電膜，但這會(huì)使外延層表面原來(lái)的形貌發(fā)生畸變。我們用FESEM在表面不噴涂的條件下拍攝了藍(lán)寶石上外延硅單晶初始生長(zhǎng)狀態(tài)的二次電子形貌象（如照片9所示），若對(duì)不同生長(zhǎng)時(shí)間的外廷層作系列觀(guān)察，便可研究藍(lán)寶石上硅外延生長(zhǎng)的成核過(guò)程。
