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。