توصيف شامل العيوب الممتدة في المواد أشباه الموصلات من خلال مجهر المسح الإلكتروني

الهدف العام للطرق المعروضة هنا هو تحديد الخصائص البصرية والكهربائية والهيكلية للعيوب الممتدة ، مثل الخلع أو حدود الحبوب في مواد أشباه الموصلات باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح. يمكن أن تساعد هذه الطرق في الأسئلة الرئيسية في مجال أشباه الموصلات لأن العيوب الممتدة لها تأثير قوي على أداء الأجهزة الإلكترونية الدقيقة ومواد الخلايا الشمسية. تتمثل ميزة استخدام المجهر الإلكتروني الماسح في أنه يمكن دراسة الخصائص الفيزيائية المختلفة للعيوب الممتدة على عينة واحدة من درجة حرارة الغرفة إلى درجات حرارة منخفضة جدا.

أيضا تطبيق تلألؤ الكاثودولي الذي يعطي نظرة ثاقبة على الخصائص البصرية للعيوب الممتدة في أشباه الموصلات على دراسة المواد التي تكون مضيئة قليلا فقط مثل المعادن. في تدريبات هيئة المحلفين ، والتي هي جديدة على حيود التشتت الخلفي للإلكترون لتحليل الإجهاد ، قد تكافح بسبب المشكلات المتعلقة بجودة نمط الكسر واستقرار شعاع الإلكترون. للبدء ، قم بتركيب حامل العينة المائل مسبقا بزاوية 60 درجة على مقبس معدني.

ثم ضع قطعة بسمك 0.5 مم من رقائق الإنديوم على حامل العينة وضع العينة النظيفة في الأعلى. بعد ذلك ، ضع المقبس على لوح تسخين. قم بتشغيل لوحة التسخين وقم بتسخين المقبس إلى 150 درجة مئوية من أجل جعل رقائق الإنديوم مطيلة للطيران.

بمجرد تسخينها ، اضغط على العينة باستخدام عود أسنان خشبي لمدة ثانية واحدة لتثبيت العينة على رقائق الإنديوم. ثم قم بإيقاف تشغيل لوحة التسخين وتبريد النظام لمدة 30 دقيقة تقريبا. أولا ، انقل المرآة الإهليلجية لجمع الضوء من وضع وقوف السيارات إلى موضع القياس في المجهر الإلكتروني الماسح ، أو SEM.

بعد ذلك ، قم بتركيب عينة اختبار مع انتقال فجوة النطاق المباشر على المسرح. قم بإخلاء الغرفة حتى يفتح صمام حجرة العمود. خلال هذا الوقت، قم بتعيين معلمات التصوير كما هو موضح في بروتوكول النص المصاحب.

استخدم كاشف إيفرهارت ثورنلي للتصوير باستخدام الإلكترونات الثانوية. بعد ذلك ، حرك المرحلة باتجاه قطعة القطب حتى يمكن تركيز شعاع الإلكترون على سطح العينة على مسافة عمل تبلغ 15 ملم. بعد ذلك ، قم بتشغيل مصدر الطاقة عالي الجهد لأنبوب المضاعف الضوئي والكمبيوتر المحمول باستخدام برنامج التحكم في التلألؤ الكاثودولي.

في برنامج التحكم في تلألؤ الكاثودولي ، اختر قياس إشارة أنبوب المضاعف الضوئي مقابل الوقت واضبط التباين على الحد الأقصى والسطوع إلى 46٪ بعد ذلك ، اضبط مرآة تجميع الضوء لزيادة شدة تلألؤ الكاثودولي المتكاملة على عينة الاختبار عن طريق إمالة المرآة وتدويرها. سجل طيف اختبار باستخدام برنامج التحكم في تلألؤ الكاثودول. بمجرد الإعداد ، قم بتنفيس غرفة العينة ، وإزالة عينة الاختبار ، وتركيب العينة الفعلية على رقائق الإنديوم على حامل العينة.

بالإضافة إلى ذلك ، قم بإخلاء غرفة SEM وقم بعمل ملحقات التبريد بنظام SEM كما هو موضح في بروتوكول النص المصاحب. بالإضافة إلى ذلك ، أدخل أنبوب الهيليوم السائل في ديوار الهيليوم السائل وقم بتوصيل مخرج أنبوب نقل الهيليوم بمدخل الغازات المبردة في مرحلة التبريد. بعد ذلك ، قم بتعيين معلمات شعاع الإلكترون كما هو موضح هنا.

بعد ذلك ، حرك المرحلة باتجاه قطعة القطب واستخدم كاشف إيفرهارت ثورنلي لتركيز شعاع الإلكترون على سطح العينة على مسافة عمل تبلغ 15 ملم. اختر منطقة الاهتمام على سطح العينة وامسح هذه المنطقة باستمرار أثناء إجراء التبريد بأكمله. لبدء إجراء التهدئة، أدخل أدنى درجة حرارة مستهدفة والمعلمات المناسبة للتحكم في PID في وحدة التحكم في درجة الحرارة وفقا للدليل الفني.

ثم افتح صمام أنبوب نقل الهيليوم السائل. راقب بعناية درجة الحرارة والضغط أثناء إجراء التبريد. بعد الوصول إلى درجة الحرارة المستهدفة ، أعد إنشاء مسافة العمل البالغة 15 ملم للصور المركزة.

بالإضافة إلى ذلك ، قم بتصحيح ضبط مرآة جمع الضوء لتحقيق أقصى كثافة متكاملة للتلألؤ الكاثودولي على العينة الفعلية. بعد ذلك ، قم بتعيين القيم المناسبة للتقدير والمنطقة الطيفية. أيضا ، اضبط عرض الخطوة على 5 نانومتر ، والوقت لكل نقطة قياس على 5 ثوان ، وعرض الشق 2 ملم.

سجل أطياف تلألؤ الكاثودولي للعينة باستخدام برنامج التحكم واحفظ الملفات لتحليلها لاحقا. بعد ذلك ، اختر المرآة المستوية في أحادي اللون لتصوير تلألؤ الكاثودوماتيك وتصنيف الحريق بطول موجي معين للتصوير أحادي اللون بالكاثودولتلأل. بعد ذلك ، اضبط قيم السطوع والتباين في نافذة صغيرة من الصورة ، في النطاق الخطي لاعتماد القيم الرمادية للصورة من إشارة أنبوب المضاعف الضوئي.

أخيرا ، بالنسبة للتكبير بين 201 ، اضبط 000 سرعة المسح الضوئي على أدنى سرعة تبلغ 14 جنبا إلى جنب مع متوسط البكسل ، أو سرعة أعلى تبلغ ثمانية ، جنبا إلى جنب مع متوسط الخط أكثر من 20 سطرا. سجل الصور الناتجة واحفظها لتحليلها لاحقا كمثال لمقارنة التوزيع المحلي لتلألؤ الخطوط D المختلفة ، كما هو موضح هنا ل D1 و D4. بالنسبة لحيود التشتت الخلفي للإلكترون المتقاطع ، قم بتركيب العينة على حامل عينة مع سطح العينة الموازي للحامل. ثم أدخل العينة وأخرج غرفة SEM حتى يفتح صمام حجرة العمود.

باستخدام معلمات التصوير الموضحة هنا ، ركز حزمة الإلكترون على سطح العينة على مسافة عمل تبلغ حوالي 25 ملم. بعد ذلك ، قم بإمالة العينة من خلال 69 درجة حول المحور X وقم بإعداد مسافة عمل تبلغ 18 ملم. بعد ذلك ، قم بتبديل جهد تسريع شعاع الإلكترون وأغلق صمام غرفة العمود.

بعد ذلك ، قم بتشغيل مصدر الطاقة لكاشف حيود التشتت الخلفي للإلكترون وحرك الكاشف من موضع وقوف السيارات إلى موضع القياس الخاص به. أعد تركيز شعاع الإلكترون على منطقة ذات أهمية على سطح العينة ثم افتح برنامج حيود التشتت الخلفي للإلكترون وقم بتحميل ملف المعايرة للهندسة المختارة. قم بإجراء اكتساب الخلفية بتكبير منخفض أثناء تدوير العينة البلورية الفردية.

قم بإعداد القياس في برنامج التحكم وفقا لدليل التشغيل. بعد ذلك ، اقرأ موضع مركز النمط ومسافة الكاشف لمسافة العمل المختارة من برنامج التحكم. بعد تثبيت الحزمة وإعادة التركيز النهائي لحزمة الإلكترون ، يقوم خط الجدول بمسح بالتوازي مع محور الإمالة في منطقة الاهتمام.

استخدام تعيينات الحزمة مع تعطيل الفهرسة من أجل تسريع القياسات. تأكد من تحديد حفظ جميع الصور. قم بتشغيل عمليات المسح الخطي حتى انتهاء الفحص الأخير ، مما يوفر صور حيود مختلفة قليلا بسبب الإجهاد الداخلي.

بعد ذلك ، قم بإيقاف تشغيل جهد تسارع شعاع الإلكترون وأغلق صمام غرفة العمود. أخيرا ، اسحب كاشف انحراف التشتت الخلفي للإلكترون من موضع القياس إلى موضع الحديقة الخاص به. قم بإمالة المسرح مرة أخرى إلى 0 درجة ، وتنفيس الغرفة ، وإزالة العينة.

الصورة الموضحة هنا هي مثال على الوضع المناسب لبلورة السيليكون على رقائق الإنديوم. هذا يضمن اتصالا حراريا جيدا بحامل العينة المبردة حيث يتم قياس درجة الحرارة بواسطة المزدوجة الحرارية. تظهر أطياف تلألؤ الكاثودولي لبلورة واحدة من السيليكون عند 4 كلفن مع العينة في الحالة البكر ، بعد تشوه البلاستيك ، وبعد تلدين إضافي.

يتم تمييز القمم المميزة في الأطياف ب B-B لانتقال النطاق إلى النطاق ، و D1 إلى D4 لنطاقات التلألؤ الناجمة عن الخلع. في المقابل ، تظهر هذه الصورة بواسطة الإلكترونات المتناثرة رقاقة سيليكون مع مسار من المواد المعاد تبلورها ، والتي ظهرت بعد المعالجة بواسطة شعاع إلكتروني عالي الطاقة. الاختلافات في أطياف تلألؤ الكاثودولي ، المقاسة عند النقطة الأولى والثانية والثالثة ، ناتجة عن عيوب ممتدة ناتجة أثناء إعادة التبلور.

تم حساب مكونات سلالة القص الثلاثة العادية والثلاثة لموتر الإجهاد المحلي على طول مسح الخط الموجود أمام مسار إعادة التبلور من تحقيقات حيود التشتت الخلفي للإلكترون للارتباط المتبادل. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إجراء تحقيقات تلألؤ الكاثودولي وحيود التشتت الخلفي للإلكترون المرتبط المتبادل على مواد أشباه الموصلات البلورية. بعد تطويرها ، مهدت تقنية حيود التشتت الخلفي للإلكترون ذات الارتباط المتقاطع طريقها للريبيرتروس لتحليل سلالة صغيرة جدا في التجانس والدوران الشبكي في المواد البلورية.

لا تنس أن العمل مع العوامل المبردة مثل الهيليوم السائل والنيتروجين السائل يمكن أن يكون خطيرا للغاية. ويجب دائما اتخاذ الاحتياطات مثل ارتداء النظارات الواقية والقفازات الواقية أثناء تنفيذ هذه الخطوات.