Name: Die Analyse der Kontaktschnittstellen für Einzel GaN-Nanodraht-Geräte (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-11-15T17:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 13 s
Description: Lernen Sie eine Methode zur Charakterisierung von Kontaktschnittstellen in GaN-Nanodraht-Geräten. Diese Technik ermöglicht die Untersuchung von Hohlräumen und verbessert das Verständnis der Halbleiterverarbeitung.

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Die Autoren möchten die Menschen in der Quantenelektronik und Photonik-Division der National Institute of Standards and Technology in Boulder, CO für ihre Unterstützung zu bestätigen.

Die GaN-Nanodrähte in diesen Experimenten verwendet wurden katalysatorfreie Molekularstrahl-Epitaxie (MBE) auf Si (111)-Substraten aufgewachsen 9. Das allgemeine Verfahren zur Herstellung der NW-Suspension aus dem Substrat mit dem aufgewachsenen Nanodrähte ist in Abbildung 1 dargestellt. 1. Nanodraht Hänge Vorbereitung <ol><li> Spaltet ein kleines (&lt;5 mm x 5 mm) Stück der aufgewachsenen Nanodrähte auf dem Substrat. </li><li> Füllen Sie eine kleine verschlossenen Röhrchens mit ca. 1 ml Isopropanol (IPA). </li><li> Legen Sie das Stück gespalten in das Fläschchen, schließen Sie den Deckel und beschallen für etwa 30 Sekunden, um die Nanodrähte aus dem Substrat zu entfernen. Einmal hergestellt, bleibt das NW Suspension lebensfähig für einen längeren Zeitraum. </li></ol> 2. Untergrundvorbereitung Die verwendeten Substrate sind stark dotierte (ρ ~ 0,001 bis 0,005 Ω-cm) 3-Zoll-Si-Wafer mit 200 nm von thermisch gewachsenem SiO 2 auf beiden Seiten. <ol><li> Wenn electrical Kontakt mit dem Siliziumsubstrat gewünscht wird, wegzuätzen das Oxid von der Rückseite des Wafers unter Verwendung eines RIE-Ätzer mit den folgenden Bedingungen, O 2-Strömung = 20 sccm CHF 3 Strom = 50 sccm, -240 V Vorspannung 120 W für 20 min. Dieser Schritt hilft auch, Aufladen der Probe während Elektronenmikroskopie. </li><li> Nach Oxidätzung, sauber Wafer durch Eintauchen es dem Gesicht nach unten, mit einem Stativ-Halter in ein 1000-ml-Becher mit ~ 100 ml Aceton für 5 min. </li><li> Entfernen Wafer aus Aceton und sofort abspülen beide Seiten des Wafers mit Spritzflasche von IPA über einem leeren 1.000 ml-Becherglas, die für die Lösungsmittelabfälle verwendet werden. </li><li> Wiederholen Sie Schritt 2 unter Verwendung von IPA. </li><li> Wiederholen Sie Schritt 3 Spülen der Wafer mit deionisiertem H 2 O über die Lösungsmittelabfälle Becher. </li><li> Wiederholen Sie Schritt 2 mit deionisiertem H 2 O. </li><li> Schlag Wafer trocken mit Druck trockenen N 2. </li></ol> 3. Nanowire Dispersal <ol><li> Spalten die saubere wnach der in 4 gleiche Viertel. Jedes Quartal wird 3 Kontaktmuster auf sie in den allgemeinen Bereichen in den 2A und B gezeigt, abgeschieden. </li><li> Beschallen die Flasche mit der NW-Suspension vor der Abgabe, um eine gleichmäßige NW-Konzentration in der Suspension zu erhalten. </li><li> Stellen Sie die Mikropipette auf die gewünschte Tropfengröße (3-30 ul) und zeichnen Sie die NW-Suspension aus dem Fläschchen. </li><li> Nehmen Substratstück (¼ Wafer), das zur Dispersion verwendet wird und dass es eben ist, so daß die NW Suspension nicht weg wandern zu den Kanten. </li><li> Abgeben der NW Suspension auf die (oxidiert) vorderen Oberfläche des Si-Substrats in dem allgemeinen Bereich, wo die Kontaktmuster aufgebracht werden. Wenn gewünscht, hat Einzahlung zusätzliche Tropfen der NW Suspension in der gleichen Gegend, nach der Lösemittel aus der vorherigen Tropfen vollständig verdampft ist. </li><li> Wiederholen Sie Schritt 3.4 für die anderen zwei Bereiche, in denen ein Kontakt-Muster sein. Sie die NW-Suspension aus mehr verzichten nichtWachstum als 1 laufen auf einem einzigen Substrat Stück (¼-Wafer), um eine Kreuzkontamination zu vermeiden. Die Verteilung des NW Suspension auf das Substrat ist in den Fig. 2C und D dargestellt. </li><li> Nach dem letzten Tropfen NW Suspension verdampft ist, legen Sie das Probenseite nach unten in eine Stativhalterung und sanft eintauchen in aufeinanderfolgenden Bädern Aceton und Isopropanol, um unerwünschte Verunreinigungen zu entfernen. Spülen in deionisiertem H 2 O, und trocken blasen in N 2. Verwenden Sie keine Spritzflaschen oder beschallen das Lösungsmittel während dieser Reinigungsprozess, überschüssige Entfernung der Nanodrähte von der Oberfläche zu vermeiden. </li></ol> 4. Die Photolithographie von Kontakt Muster Verwenden Sie Standard-Photolithographie-Techniken, um die Kontaktmuster in einem Reinraum mit Umgebungsbedingungen von ~ 20 ° C und ~ 40% relative Luftfeuchtigkeit zu schaffen. Mask Aligner Intensität (Schritt 4.6), Belichtungszeit (Schritt 4.8) und zu entwickeln, Zeit (Schritt 4.9) wird eine Geräte-abhängige seinnd sollten angepasst werden, um maximale Musterdefinition mit einem Lift-off-Resist (LOR) Unterschnitt von etwa 0,5 um zu produzieren. <ol><li> Spin Abheben Resist auf die Probe unter Verwendung eines Zwei-Schritt-Rezept (1) 300 min 10 sec (2) 2.000 Upm für 45 Sekunden. </li><li> Platzieren Probe auf einer heißen Platte für 5 Minuten bei 150-170 ° C backen </li><li> Probe zu entfernen und zu ermöglichen, für 30 Sekunden abkühlen und Spin auf Photoresist unter Verwendung eines Zwei-Schritt-Rezept (1) 1.000 Upm für 3 sec (2) bei 5000 Upm für 45 sec, dann. </li><li> Platzieren Probe auf einer heißen Platte für 1 min bei 115 ° C backen </li><li> Lassen Probe für 1 min abkühlen. </li><li> Kalibrieren Mask Aligner einer Lichtintensität von ~ 1,90 mW / cm 2. </li><li> Legen Probe in Mask Aligner, mit der richtigen Maske für den Kontaktmuster installiert. </li><li> Bringen Probe mit Maske und setzen die Probe für 24 sec. </li><li> Photoresist zu entwickeln durch Verwirbelung Probe in ein Becherglas von Entwickler für 21 Sekunden. </li><li> Spülen mit VE-H 2 O und trocken blasen wit N 2. </li></ol> 5. Probenvorbehandlung Vor der Metallabscheidung Vor dem Laden der Proben auf den Elektronenstrahlverdampfer zur Metallabscheidung, geben dem gemusterten Wafer ein UV-Ozonbehandlung und eine HCl: H 2 O-Bad. <ol><li> Last Proben in UV-Ozon-Generator für 10 min mit einem ultra-hochreinem O 2-Flussrate von 80 sccm. </li><li> Nach der UV-Ozonbehandlung statt Proben in einer HCl: H 2 O (1:10)-Lösung für 1 min bei Raumtemperatur. </li><li> Proben mit deionisiertem H 2 O spülen und trocken blasen vorsichtig mit N 2. </li></ol> 6. Elektronenstrahlverdampfung des Kontaktmetalle <ol><li> Unmittelbar nach der Vorbehandlung, montieren Sie die Proben auf die Platte mit Schrauben und Clips und sichere Platte in der E-Beam-Verdampfer. Stellen Sie sicher, dass ausreichend Ni und Au sind für die Abscheidung zur Verfügung. </li><li> Abpumpen Kammer, bis der Druck unter 1,3 x 10 -3 Pa (1 μTorr) (kann verlangen, über Nacht zu pumpen). </li><li> Stellen Sie Hochspannung bis 10 kV und beginnen Drehung von Proben bei 5 Upm. Stellen Sie sicher, Shutter geschlossen. </li><li> Wählen Sie das Ni-Tiegel und geben Sie Parameter für Ni in die Kristallfrequenz-Monitor. Ablagerung 50 nm (500 Å) aus Ni mit einer Abscheidungsgeschwindigkeit von etwa 0,1 nm / s ist. </li><li> Sobald Ni Quelle ausreichend abgekühlt ist (~ 15 min), um als Au-Tiegel zu wechseln, ändern Sie die Parameter mit denen für Au und Kaution 100 nm (1.000 Å) aus Au mit einer Abscheidungsrate von ~ 0,1 nm / sec. </li><li> Sobald Au-Tiegel abgekühlt hat (~ 10 min), Entlüftungskammer und entladen Probenauflageplatte. Wenn Sie unsicher sind aus Metall Dicke, mit einem Profilometer, das Ni / Au Dicke zu bestimmen. </li></ol> 7. Kontakt Metall Lift-off <ol><li> Proben von der Platte entfernen und legen Sie in einem Photoresist Stripper Bad bei Raumtemperatur für ein paar Stunden zum Abheben des Metalls auf dem Fotolack aufgebracht. Falls gewünscht, erhöhen die Temperatur des Bades auf etwa 50-60 ° C bis AcceleLift-off-Rate. </li><li> Wenn das Metall nicht komplett kommen, verwenden Sie eine Spritzflasche von PG Remover gewaltsam entfernen Sie die restlichen unerwünschten Metall von der Oberfläche. Die Probe beschallen nicht, weil dies dazu führen, die Nanodrähte aus dem Metall zu befreien. </li><li> Spülen Sie die PG-Entferner von der Probe mit IPA in ein Lösungsmittel Abfallbecherglas und legen Probe in ein Becherglas von sauberen IPA. </li><li> Wiederholen Sie Schritt 7.3 mit deionisiertem H 2 O und dann blasen die Probe trocken mit N 2. </li></ol> 8. Kontakt Glühen Testgeräte vor dem Kontakt Glühen, um diese mit geglüht Geräte zu vergleichen. Führen des Kontaktglühen der Ni / Au-Schichten unter Verwendung eines schnellen thermischen Wärmebehandlungsanlage (RTA) mit ultrahochreinem N 2 / O 2 (3:1) als Prozessgas. <ol><li> Warten Sie mindestens 24 Stunden nach dem Entfernen des Kontaktmetall vor dem Tempern Proben, um zu gewährleisten, dass die Metallkontakte haben Gleichgewicht nach der Abscheidung erreicht. </li><li&gt; Spülen Sie die RTA durch Ausführen der N 2 / O 2 bei einer Temperatur von 650 ° C für 5 min ohne Proben. </li><li> Last Proben und stellen Durchflussrate von N 2 / O 2 bis 1,4 SLPM. </li><li> Glühen Proben bei 550 ° C für 10 min. Die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit betrug ~ 500 ° C / min. </li></ol> 9. Ni / Au-Film-Entfernung Da die Entfernung der Ni / Au-Film ist ein destruktiver Prozess werden typischerweise Vorrichtungen abgebildet und vor diesem Schritt geprüft. Das Verfahren für die Ni / Au-Film Entfernung ist in Fig. 3 dargestellt. <ol><li> Warten Sie mindestens 24 Stunden nach dem Kontakt Glühen vor dem Entfernen des Ni / Au-Film. </li><li> Spalten ein Stück der Probe aus dem Gebiet von Interesse. Stellen Sie sicher, Umfang der Stichprobe ist, um die Kanten mit einer Pinzette, ohne den Bereich von Interesse groß genug greifen. </li><li> Sichern Sie eine SEM-Stiftstummel Montage in einer Halterung, so dass die Halterung kann leicht verschoben oder herausgenommen werden. </li><li> Legen Sie ein Stück conductive Kohlenstoffband flach auf der Montagefläche. Das Stück Kohlebandes größer sein als die Fläche des Films, der entfernt werden soll. Eine leitfähige Kohlen Registerkarte, die genaue Größe der Montagefläche ist sehr gut für diese Anwendung. Tragen Sie die C-Band oder Register, um der Montagefläche langsam und vorsichtig, um sicherzustellen, dass die Oberfläche möglichst glatt ist. </li><li> Vor dem Entfernen der Unterstützung der Band, mit einem Finger drücken schwer auf dem Band, so dass sie fest mit der Montagefläche haften. Dies ist sehr wichtig, damit das Band löst sich nicht mit der Probe. </li><li> Nehmen Sie ein Probestück gespalten und sanft lag das Gebiet von Interesse direkt auf die Kohlenstoffband entlang der Kante der Halterung, so dass der Bereich der Probe, die für den Umgang mit einer Pinzette verwendet wurde, hängt von der Kante (Abbildung 3A). Einmal Probe aufs Band gelegt wurde, entfernen Sie es nicht für die Neupositionierung um zu vermeiden, die Zerstörung der Ni / Au-Film. </li><li> Drücken Sie fest aufauf die Rückseite der Probe mit einer Pinzette (Abbildung 3B). Achten Sie darauf, nicht zu hart auf die Probe um die Halterung drücken Kanten, da dies dazu führen, die Probe zu brechen. </li><li> Um das Substrat zu entfernen, einen sauberen Rasierklinge oder Skalpell vorsichtig anzustossen und es zwischen dem Substrat und dem Band an den Rändern der Probe (Fig. 3C). Diesen Prozess sorgfältig zu wiederholen, stieß der Rasierklinge ein wenig weiter jedes Mal, bis das Substrat kann leicht durch packte sie mit einer Pinzette abgezogen werden. Mit zu viel Kraft kann die Probe brechen. Um das Band zu kommen mit Substrat zu halten, stellen eine Zange oder eine Sonde auf die Fläche des Bandes, die angrenzend an das Substrat, wenn das Substrat vor neugierigen aus (3C). Das geglühte Ni / Au-Film sollte auf das Band (3D) haften bleiben. Im Durchschnitt wird dieser Schritt über 1 min dauern. </li><li> Bild der neu entfernt Ni / Au-Film unter Verwendung von SEM, sobald wie möglich, damit eins, um die neu freigelegten Schnittstelle des Films zu beobachten, bevor es kontaminiert wurde. </li></ol>

<ol><li>Lu, W., Lieber, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Semiconductor+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+D%3A+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Semiconductor nanowires.</a> J. Phys. D: Appl. Phys. 39, R387-R406 (2006).</li>
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<li>Bertness, K. A., Roshko, A., Sanford, N. A., Barker, J. M., Davydov, A. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spontaneously+grown+GaN+and+AlGaN+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Crystal+Growth%22%5BJournal%5D)">Spontaneously grown GaN and AlGaN nanowires.</a> J. Crystal Growth. 287, 522-527 (2006).</li>
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</ol>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Das vorgestellte Verfahren erlaubt die Analyse des Kontakt / Substrat-und Kontakt / NW Mikrostruktur der einzelnen NW Geräte. Die Hauptvorteile dieses Verfahrens sind die geringen Kosten und die Einfachheit. Es ermöglicht die qualitative und quantitative Analyse der Kontaktschnittstelle in großem Umfang mit dem Substrat als auch auf einem Submikrometer-Maßstab mit individuellen Nanodrähte. Die Verwendung von Kohlenstoffband für den Film Entfernung und SEM Stift Stubs für Probenmontage machen es möglich, Analyse mit Char...

Single-NW Vorrichtungen durch Dispergieren eines NW Suspension auf einem isolierenden Substrat und Ausbilden von Kontaktflecken auf dem Substrat durch herkömmliche Photolithographie-und Metallabscheidung, die in dem Zufallsprinzip gebildet zwei Endgeräten Ergebnisse gemacht. Eine dicke SiO 2-Schicht auf einem Si-Wafer wird in der Regel als ein isolierendes Substrat 1,2 verwendet. Für Metalle auf einem SiO 2-Oberfläche abgeschieden wird, ist ein häufiges Problem, eine Wärmebehandlung das Auftreten von Hohlraumbildung an der Metall / SiO 2-Grenzfläche. Zusätzlich zu Rissbildung und Delamination der Metallfolie kann diese Hohlraumbildung negativ auf die Leistung der Vorrichtung von einer Zunahme im Widerstand durch eine Verringerung der Kontaktfläche verursacht wird. Ni / Au-Kontakte in N 2 / O 2-Atmosphäre oxidiert wird, die vorherrschende Kontaktschema p-GaN 3-7 aufgebracht. Während der Wärmebehandlung in einer N 2 / O 2, die Ni diffundiert an die Oberfläche zu NiO und die Au diffundiert bis zu der FormSubstratoberfläche. In dieser Arbeit wurde überschüssiges Hohlraumbildung an den Kontakt / NW und Kontakt / SiO &amp;sub2;-Schnittstellen gezeigt, während des Anlassens des Ni / Au-Kontakte auf Nanodrähte auf SiO 2 8 liegen. Die Oberflächenmorphologie des geglühten Ni / Au-Schicht, aber nicht auf die Existenz von Lücken oder den Grad der Hohlraumbildung stattgefunden hat. Um dieses Problem zu lösen, haben wir eine Technik zur Entfernung von Ni / Au-Kontakte und GaN Nanodrähte aus SiO 2 / Si-Substrate, um die Schnittstelle der Kontakt mit dem Substrat und Nanodrähte zu analysieren. Diese Technik kann für die Entfernung von jeder Kontaktstruktur, die eine schlechte Haftung auf dem Substrat verwendet werden. Die Ni / Au-Filmen mit GaN Nanodrähte in diese eingebettet werden aus dem SiO 2-Substrat mit Kohlenstoffband entfernt wird. Das Kohlenstoffband auf eine Standardstifthalterung geklebt zur Charakterisierung unter Verwendung von Rasterelektronenmikroskopie (SEM), zusammen mit einigen anderen Werkzeugen. Das Verfahren für die Fabrication einzelner GaN NW Geräte und Analyse ihrer Morphologie Kontaktschnittstelle beschrieben.

<table><tbody><tr><td colspan="4">REAGENZIEN und MATERIALIEN</td></tr><tr><td>Lift-off-Resist</td><td>MicroChem</td><td>LOR 5A</td><td>Variiert je nach Anwendung</td></tr><tr><td>Photoresist</td><td>Shipley</td><td>1813</td><td>Variiert je nach Anwendung</td></tr><tr><td>Entwickler</td><td>Rohm and Haas Electronic Materials</td><td>MF CD-26</td><td>Variiert je nach Anwendung</td></tr><tr><td>Photoresist</td><td>MicroChem</td><td>Nano Remover PG</td><td>Variiert je nach Anwendung</td></tr><tr><td>Ni-Quelle</td><td>International Advanced Materials</td><td>99,999 % Reinheit</td><td></td></tr><tr><td>Au-Quelle</td><td>International Advanced Materials</td><td>99,999 % Reinheit</td><td></td></tr><tr><td>SiO2/Si-Wafer</td><td>Silicon Valley Mikroelektronik</td><td>3 Zoll < 100> N/As 0,001-0,005 Ohm-cm, 200 nm thermisches Oxid</td><td></td></tr><tr><td>Kohleband</td><td>SPI Supplies</td><td>5072, 8 mm breit</td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Lösungsmittel sind Standard-Halbleiter- oder Forschungsqualität. Der Lieferant ist für das Versuchsergebnis nicht wichtig.</td></tr><tr><td colspan="4">Reaktive Ionenätzgase und thermische Glühgase sind von hoher Reinheit. Der Lieferant ist für das Versuchsergebnis nicht wichtig.</td></tr><tr><td colspan="4">EQUIPMENT</td></tr><tr><td>Ultraschallreiniger</td><td>Cole-Palmer</td><td>EW-08849-00</td><td></td></tr><tr><td>Mikropipette</td> mit geringem Stromverbrauch <td>Rainin</td><td>PR-200</td><td>Dosiert, Entsorgungsspitzen</td></tr><tr><td>Reaktiver Ionenätzer</td><td>SemiGroup</td><td>RIE 1000 TP</td><td>Andere Hersteller mit auch anderen Prozessparametern</td></tr><tr><td>Mask Aligner</td><td>Karl Süss</td><td>MJB3</td><td>Andere Hersteller mit anderen Prozessparametern auch verwendet</td></tr><tr><td>UV-Ozonreiniger</td><td>Jelight</td><td>Modell 42</td><td>Andere Hersteller auch mit anderen Prozessparametern</td></tr><tr><td>E-Strahlverdampfer</td><td>CVC</td><td>SC-6000</td> Andere <td>Hersteller auch mit anderen Prozessparametern</td></tr><tr><td colspan="4">* Hersteller und Produktnamen werden nur der Vollständigkeit halber angegeben. Diese spezifischen Zitate stellen weder eine Befürwortung des Produkts durch NIST dar noch implizieren sie, dass ähnliche Produkte anderer Unternehmen weniger geeignet wären.</td></tr></tbody></table>

die analyse der kontaktschnittstellen für einzel gan-nanodraht-geräte

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Einzel GaN Nanodraht (NW)-Geräte auf SiO 2 hergestellt werden kann, eine starke Verschlechterung nach dem Glühen auf das Auftreten von Hohlraumbildung an der Kontakt / SiO 2-Grenzfläche aufweisen. Dieses Hohlraumbildung kann zu Rissen und Delamination des Metallfilms, die den Widerstand zu erhöhen oder zu einem vollständigen Ausfall der NW Gerät. Um Probleme mit Hohlraumbildung verbunden begegnen, wurde eine Technik entwickelt, die Ni / Au Kontaktmetallschichten entfernt von den Substraten für die Untersuchung und Charakterisierung der Kontakt / Substrat-und Kontakt / NW-Schnittstellen der einzelnen GaN NW Geräten zu ermöglichen. Dieses Verfahren bestimmt den Grad der Haftung der Kontaktschichten auf dem Substrat und Nanodrähte und ermöglicht die Charakterisierung der Morphologie und Zusammensetzung der Kontaktgrenzfläche mit dem Substrat und Nanodrähten. Diese Technik ist auch nützlich für die Bewertung der Menge des Restverunreinigung, die aus der Suspension eine NW bleibtnd von Photolithographie-Prozesse auf der NW-SiO 2-Oberfläche vor der Metallabscheidung. Die einzelnen Schritte dieses Verfahrens sind für die Entfernung von geglühten Ni / Au-Kontakte auf Mg-dotierten GaN Nanodrähte auf einem SiO 2-Substrat dargestellt.

Ein Beispiel für die SEM-Analyse auf geglüht Ni / Au-Schichten aus dem SiO 2-Substrat mit Kohlenstoffband entfernt wird, in Fig. 4 gezeigt. Die Oberfläche einer Ni / Au-Kontakt vor der Entfernung ist in Fig. 4A gezeigt. Die Unterseite der Umgebung des jeweiligen Ni / Au-Schicht nach dem Entfernen ist in 4B gezeigt. Vergleich der Oberflächen-und Unterseite Morphologie zu bestimmen, ob es eine Beziehung zwischen den beiden. Zum Beispiel, wenn die beiden Bilder ...

Eine Technik entwickelt, die Ni / Au Kontaktmetallschichten entfernt von ihrem Substrat für die Untersuchung und Charakterisierung der Kontakt / Substrat-und Kontakt / NW-Schnittstellen der einzelnen GaN-Nanodraht-Geräten zu ermöglichen.

Die Analyse der Kontaktschnittstellen für Einzel GaN-Nanodraht-Geräte

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die Untersuchung und Charakterisierung der Kontaktsubstrat- und Kontakt-Nanodraht-Grenzflächen für einzelne Galliumnitrid-Nanodraht-Bauelemente zu ermöglichen. Dies wird erreicht, indem zunächst eine Nanodraht-Suspension hergestellt und auf ein Substrat aufgebracht wird. Der zweite Schritt besteht darin, die Nickel-Gold-Kontakte auf den Nanodrähten abzuscheiden und anschließend die Probe zu belichten.Der letzte Schritt besteht darin, die Anal- zu Nickel-Gold-Kontakten vom Substrat zu entfernen, indem sie auf Kohlenstoffband fixiert werden. Abschließend wird ein Rasterelektronenmikroskop verwendet, um die Kontaktgrenzflächen auf die Bildung von Hohlräumen zu untersuchen. Diese Methode kann dabei helfen, Fragen zur Aufbereitung von Halbleiternanodrähten zu beantworten.Insbesondere ermöglicht es uns, zu beurteilen, wie gut die Metallkontakte an den Nanodrähten haften, die in das umgebende Substrat eingebettet sind. Die visuelle Demonstration dieser Methode ist wichtig, da die Techniken zur Verteilung der Nanodrähte und zum Übertragen der Schicht schwierig zu erlernen sind, da kleine Unterschiede beim Handhaben und Platzieren einen großen Einfluss auf die Ausbeute haben können. Ich untersuchte die Probe mit einem REM, als ich bemerkte, dass sich ein Bereich des Metallkontakts begann, vom Substrat abzuheben.Als ich es genauer betrachtete, fiel mir auf, dass die Unterseite des Kontakts eine sehr ungewöhnliche Morphologie aufwies. Um diese Unterseiten-Morphologie besser untersuchen zu können, entwickelte ich folgende Technik: Zunächst wird ein kleines Stück der auf einem 1 1 1 Silizium-Substrat gewachsenen Galliumnitrid-Nanodrähte abgespalten und in ein kleines Gefäß mit einem Milliliter Isopropanol gegeben. Das Gefäß wird 30 Sekunden lang sonifiziert, um die Nanodrähte von ihrem Verankerungs-Substrat zu lösen.Reinigen Sie dann eine Siliziumwaferplatte, indem Sie sie mithilfe eines Stativhalters mit der Oberseite nach unten in Aceton eintauchen. Nach fünf Minuten nehmen Sie die Waferplatte aus dem Aceton heraus und spülen beide Seiten der Waferplatte mit einer Sprühflasche Isopropanol ab. Anschließend tauchen Sie die Waferplatte in einen Becher mit 100 Milliliter Isopropanol ein.Nach fünf Minuten die Wafer entfernen und mit entionisiertem Wasser abspülen, bevor sie in einen weiteren Becher mit entionisiertem Wasser gegeben werden. Nach fünf Minuten im Wasser die Wafer entfernen und mit einem Stickstoffstrom trocknen. Anschließend das Gefäß mit den Nanodrähten erneut 30 Sekunden lang beschallen.Anschießend pipettieren Sie 30 Mikroliter der Lösung auf jede der drei Regionen auf der oxidierten Oberfläche eines sauberen Viertel-Wafers. Achten Sie darauf, dass der Wafer waagerecht steht, damit die Nanodraht-Suspension nicht an die Ränder wandert. Nachdem der letzte Tropfen der Nanodraht-Suspension verdunstet ist, geben Sie die Probe nacheinander in Baden aus Aceton und Isopropanol, um unerwünschte Verunreinigungen zu entfernen.Anschließend das Viertelwafer mit entionisiertem Wasser abspülen und mit Stickstoff trocknen. Während des Reinigungsprozesses keine Spritzflaschen verwenden oder das Lösungsmittel beschallen. Um eine übermäßige Entfernung von Nanodrähten von der Oberfläche zu vermeiden, eine Schicht LOR five A zum Ablösen aufbringen.Tragen Sie den Resist auf den Siliziumwafer mit den dispergierten Nanodrähten auf, indem Sie ein bis zwei Milliliter des Resists auf die Nanodrähte geben, und zentrifugieren Sie die Probe mit 300 U/min für 10 Sekunden, gefolgt von 2000 U/min für 45 Sekunden. Entfernen Sie nach dem Zentrifugieren Reste von LOR 5A von den Rändern der Probe, indem Sie diese mit Micro Chem nano EBR pg abwischen. Anschließend übertragen Sie die Probe auf eine Heizplatte und trocknen sie bei 150 bis 170 Grad Celsius. Nach fünf Minuten das Probenröhrchen vom Heizblock nehmen und 30 Sekunden abkühlen lassen. Nach dem Abkühlen die Probe erneut in den Spin-Beschichter geben und ein bis zwei Milliliter Mega Deposit SPR 6 61 0.0 Photoresist hinzufügen, um die Oberfläche zu bedecken. Die Probe 35 Sekunden bei 3000 U/min beschichten.Überführen Sie die Probe anschließend auf eine Heizplatte und trocknen Sie sie eine Minute lang bei 95 Grad Celsius. Danach laden Sie die Maske und danach die Probe in den Maskenaligner. Belichten Sie die Probe mit einer Dosis von 240 Millijoule pro Quadratzentimeter.Entwickeln Sie dann den Fotolack, indem Sie die Probe etwa 60 Sekunden lang in einem Becher mit Micro Posit MF 26, einem Entwickler, schwirren lassen, oder bis die Entwicklung vollständig ist. Spülen Sie die Probe nach der Entwicklung mit entionisiertem Wasser ab und trocknen Sie sie anschließend mit einem Strom von Stickstoff. Füllen Sie die Proben in einen UV-Ozon-Generator und setzen Sie sie Ozon für 10 Minuten aus, während ein ultrareiner Sauerstoff mit einer Durchflussrate von 80 Standard-Kubikzentimetern pro Minute durch das Gerät geleitet wird.Nach der OZ-Zonentbehandlung die Proben für eine Minute bei Raumtemperatur in eine 10%ige Salzsäuremischung geben. Anschließend die Proben entfernen, mit entionisiertem Wasser abspülen und mit einem Strom von Stickstoff trocknen. Die trockenen Proben mithilfe von Schrauben und Klammern an der Platine am Elektronenstrahldampfer befestigen.Befestigen Sie dann das Platin im Elektronenstrahlverdampfer und laden Sie die Nickel- und Goldtiegel in das Gerät ein. Pumpen Sie die Kammer ab, bis der Druck unter einem Mikron-Torr liegt. Abhängig von der Pumpenleistung kann dies einige Stunden bis über Nacht dauern.Danach die Hochspannung auf 10 Kilovolt einstellen, sicherstellen, dass der Verschluss geschlossen ist, und die Proben mit fünf U/min rotieren lassen. Anschließend den Nickel-Tiegel auswählen, die Abscheidungsrate auf 0,1 Nanometer pro Sekunde einstellen und 500 Nanometer Nickel auf die Proben aufdampfen. Nach Beendigung der Aufdampfung die Quelle 15 Minuten abkühlen lassen und danach auf den Gold-Tiegel umschalten.Stellen Sie die Goldabscheidungsrate auf 0,1 Nanometer pro Sekunde ein und tragen Sie 100 Nanometer auf die Proben auf. Sobald die Abscheidung abgeschlossen ist, warten Sie 10 Minuten, bis die Goldtiegel abgekühlt sind, und belüften Sie dann die Kammer und entladen Sie die Probe Platin. Entfernen Sie die Proben aus dem PLA und legen Sie sie in ein Bad aus Photo Reist.Strippereinlage bei Raumtemperatur für einige Stunden, um das auf dem Fotolack abgeschiedene Metall gegebenenfalls zu entfernen; erhöhen Sie die Badtemperatur auf etwa 50 bis 60 Grad Celsius, um den Prozess zu beschleunigen. Nach einigen Stunden abheben. Überprüfen Sie, ob sich das Metall vom Fotolack getrennt hat.Verwenden Sie eine Pipette oder eine Sprühflasche mit dem Fotowiderstandsentferner, um restliches, unerwünschtes Metall gewaltsam von der Oberfläche zu entfernen. Spülen Sie danach die gesamte Probe mit Isopropanol, gefolgt von entionisiertem Wasser, und trocknen Sie die Proben anschließend mit Stickstoff nach dem Abnehmen mindestens 24 Stunden vor dem Glühen der Proben.Danach den schnellen thermischen Ofen mit einem Gasgemisch aus drei Teilen Stickstoff und einem Teil Sauerstoff bei einer Strömungsrate von 1,4 Litern pro Minute bei 650 Grad Celsius für fünf Minuten ohne Proben darin spülen. Danach die Temperatur auf 550 Grad Celsius absenken. Die Proben einlegen und 10 Minuten lang anneln.Platzieren Sie zunächst vorsichtig ein Stück Kohlenstoffband auf einem SEM-Pin-Stub-Träger, sodass das Band so glatt wie möglich liegt. Drücken Sie, bevor Sie die Unterlage des Bandes entfernen, mit einem Finger fest auf das Band, damit es sicher am Träger haftet. Nehmen Sie die Probe und legen Sie den interessierenden Bereich sanft direkt auf das Kohlenstoffband entlang der Kante des Trägers, sodass der Bereich der Probe, der mit der Pinzette manipuliert wurde, über die Kante hinausragt.Nachdem die Probe auf das Band gelegt wurde, darf sie nicht zur Neupositionierung entfernt werden. Um zu verhindern, dass der Film beschädigt wird, drücken Sie vorsichtig mit der Unterseite der Probe auf die Rückseite der Probe, indem Sie Pinzette verwenden. Achten Sie darauf, nicht zu stark um die Ränder der Halterung zu drücken, da dies zum Brechen der Probe führen kann.Nehmen Sie dann ein sauberes Rasierklingenblatt oder Skalpell und schieben Sie es vorsichtig zwischen das Substrat und das Klebeband entlang den Rändern der Probe, bis sich das Substrat leicht abziehen lässt, indem Sie es mit einer Pinzette greifen. Wenn Sie zu viel Kraft anwenden, kann die Probe brechen, wodurch verhindert wird, dass das Klebeband mit dem Substrat abgelöst wird. Legen Sie ein Paar Pinzetten auf den Bereich des Klebebands, der neben dem Substrat liegt.Beim Anheben sollte der defekte Nickel-Gold-Film weiterhin an dem Klebeband haften. Der neu entfernte Nickel-Gold-Film sollte möglichst schnell mittels REM untersucht werden, um die frisch freigelegte Grenzfläche des Films zu analysieren, bevor sie verunreinigt wird. Hier sind REM-Aufnahmen des Aluminium-Nickel-Gold-Films vor und nach der Entfernung vom Siliziumdioxid-Substrat mithilfe von Kohleband gezeigt. Die Probe rechts wurde vor der Metallabscheidung nicht gereinigt, wodurch eine nicht gleichmäßige Verteilung von Hohlräumen sowie große makroskopische Hohlräume, die Blasen ähneln, verursacht wurden.Eine wichtige Anwendung dieser Technik besteht darin, die Morphologie der Kontakt-Nanodraht-Grenzfläche zu analysieren, wie sie in CM-Bildern der Unterseite geknickter Nickel-Gold-Filme sichtbar wird, die auf Nanodrähte aufgebracht wurden, die auf Siliziumdioxid dispergiert waren. Silizium-Substrate werden hier gezeigt. Bilder mit hoher Vergrößerung wie die auf der rechten Seite ermöglichen die Untersuchung der Kontakt-Nanodraht-Grenzfläche.Das SCM-Bild unten rechts weist den Nanodraht nicht auf, wodurch die Untersuchung der Grenzfläche zwischen dem Kontakt und dem fehlenden Draht erleichtert wird. Das Vorhandensein dieser Restkontamination kann eine erhebliche Zunahme der an der Grenzfläche zwischen Kontakt und Substrat beobachteten Hohlräume verursachen. Durch die Quantifizierung des Ausmaßes der Hohlraumbildung an der Grenzfläche zwischen Kontakt und Substrat lässt sich die Wirksamkeit verschiedener Reinigungsmethoden bewerten.Diese Experimente konzentrierten sich auf die Wirksamkeit der verschiedenen Reinigungsmethoden vor der Abscheidung von Nickel-Gold auf Siliziumdioxid zur Entfernung von Rückstandskontamination. Dies unterstreicht den offensichtlichen Vorteil der Verwendung von UVO-Zone- und HCl-Reinigung vor der Abscheidung der Metalle. Nachdem Sie dieses Video angesehen haben, sollten Sie eine klare Vorstellung davon haben, wie man Nanodrähte auf einem neuen Substrat dispergiert, metallische Kontaktierungen an den Nanodrähten absetzt und anschließend die Metallkontakte entfernt, um die Kontaktgrenzfläche der Nanodrähte mittels dieses Verfahrens zu untersuchen.Zusätzliche Techniken wie die energiedispersive Röntgenspektroskopie können durchgeführt werden, um weitere Fragen wie die Zusammensetzung von Schichten zu beantworten.

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Research

Forschung

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Engineering

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