Name: Umfassende Charakterisierung von ausgedehnten Defekten in Halbleitermaterialien durch ein Rasterelektronenmikroskop (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-05-28T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 14 s
Description: Erfahren Sie die Charakterisierung ausgedehnter Defekte in Halbleitermaterialien mittels Rasterelektronenmikroskop. Diese Methoden ermöglichen die Analyse optischer, elektrischer und struktureller Eigenschaften für die Halbleiterforschung.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Die Unterstützung dieser Arbeit durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Graduiertenkollegs 1621 wird von Paul Chekhonin dankbar gewürdigt. Alle Autoren danken Dietmar Temmler (Fraunhofer FEP Dresden) für die Bereitstellung der elektronenstrahlprozessierten Si-Proben, die eine Flüssigphasen-Rekristallisation zeigen. Ein besonderer Dank geht an Stefan Saager und Jakob Holfeld für die Erstellung der Zahlen für die SEM-Ausrüstung und den EBSD-Aufbau. Wir danken Michael Stavola für die ausführlichen Gespräche und die Hilfe bei dieser Arbeit.

<ol><li>Alexander, H. Chapter 6, Dislocations. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAlexander%2C+H+%22Electronic+Structure+and+Properties+of+Semiconductors%22">Electronic Structure and Properties of Semiconductors</a>. Schröter, E. , Materials Science and Technology; 4. VCH Basel. 249-319 (1991).</li>
<li>Mahajan, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Defects+in+semiconductors+and+their+effects+on+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Mater%22%5BJournal%5D)">Defects in semiconductors and their effects on devices.</a> Acta Mater. 48, 137-149 (2000).</li>
<li>Holt, D. B., Yacobi, B. G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHolt%2C+DB+%22Extended+Defects+in+Semiconductors-+Electronic+Properties%2C+Device+Effects+and+Structures%22">Extended Defects in Semiconductors- Electronic Properties, Device Effects and Structures</a>. , Cambridge University Press. (2007).</li>
<li>Hornstra, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Models+of+grain+boundaries+in+the+diamond+lattice%5BTitle%5D)+AND+%22Physica%22%5BJournal%5D)">Models of grain boundaries in the diamond lattice.</a> Physica. 25 (1-6), 409-422 (1959).</li>
<li>Randle, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crystallographic+characterization+of+planes+in+the+scanning+electron+microscope%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Charact%22%5BJournal%5D)">Crystallographic characterization of planes in the scanning electron microscope.</a> Mater. Charact. 34 (1), 29-34 (1995).</li>
<li>Wilkinson, A. J., Meaden, G., Dingley, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+elastic+strain+measurement+from+electron+backscatter+diffraction+patterns%3A+New+levels+of+sensitivity%5BTitle%5D)+AND+%22Ultramicroscopy%22%5BJournal%5D)">High-resolution elastic strain measurement from electron backscatter diffraction patterns: New levels of sensitivity.</a> Ultramicroscopy. 106 (4-5), 307-313 (2006).</li>
<li>Wilkinson, A. J., Meaden, G., Dingley, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+resolution+mapping+of+strains+and+rotations+using+electron+backscatter+diffraction%3A+New+levels+of+sensitivity%5BTitle%5D)+AND+%22Ultramicroscopy%22%5BJournal%5D)">High resolution mapping of strains and rotations using electron backscatter diffraction: New levels of sensitivity.</a> Ultramicroscopy. 106 (4-5), 307-313 (2006).</li>
<li>Drozdov, N. A., Patrin, A. A., Tkachev, V. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recombination+radiation+on+dislocations+in+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22JETP+Lett%22%5BJournal%5D)">Recombination radiation on dislocations in silicon.</a> JETP Lett. 23 (11), 597-599 (1976).</li>
<li>Dean, P. J., Williams, G. M., Blackmore, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Novel+type+of+optical+transition+observed+in+MBE+grown+CdTe%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys.+D%3A+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Novel type of optical transition observed in MBE grown CdTe.</a> J Phys. D: Appl. Phys. 17 (11), 2291-2300 (1984).</li>
<li>Nacke, M., Allardt, M., Chekhonin, P., Hieckmann, E., Skrotzki, W., Weber, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigations+on+residual+strains+and+the+cathodoluminescence+and+electron+beam+induced+current+signal+of+grain+boundaries+in+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Investigations on residual strains and the cathodoluminescence and electron beam induced current signal of grain boundaries in silicon.</a> J. Appl. Phys. 115 (16), 163511-1-163511-8 (2014).</li>
<li>Ikeda, K., Sekiguchi, T., Ito, S., Suezawa, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((EBIC+and+Cathodoluminescence+Study+of+the+Bonded+Silicon+Wafers%5BTitle%5D)+AND+%22Solid+State+Phenom%22%5BJournal%5D)">EBIC and Cathodoluminescence Study of the Bonded Silicon Wafers.</a> Solid State Phenom. 63-64, 481-488 (1998).</li>
<li>Sekiguchi, T., Ito, S., Kanai, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cathodoluminescence+study+on+the+tilt+and+twist+boundaries+in+bonded+silicon+wafers%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Sci.+Eng.+B%22%5BJournal%5D)">Cathodoluminescence study on the tilt and twist boundaries in bonded silicon wafers.</a> Mater. Sci. Eng. B. 91-92 (4), 244-247 (2002).</li>
<li>Lee, W., Chen, J., Chen, B., Chang, J., Sekiguchi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cathodoluminescence+study+of+dislocation-related+luminescence+from+small-angle+grain+boundaries+in+multicrystalline+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Cathodoluminescence study of dislocation-related luminescence from small-angle grain boundaries in multicrystalline silicon.</a> Appl. Phys. Lett. 94, 112103(2009).</li>
<li>Donolato, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theory+of+beam+induced+current+characterization+of+grain+boundaries+in+polycrystalline+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Theory of beam induced current characterization of grain boundaries in polycrystalline solar cells.</a> J. Appl. Phys. 54 (3), 1314-1322 (1983).</li>
<li>Kittler, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regular+Dislocation+Networks+in+Silicon+as+a+Tool+for+Nanostructure+Devices+used+in+Optics%2C+Biology%2C+and+Electronics%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Regular Dislocation Networks in Silicon as a Tool for Nanostructure Devices used in Optics, Biology, and Electronics.</a> Small. 3 (6), 964-973 (2007).</li>
<li>Kveder, V., Kittler, M., Schröter, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recombination+activity+of+contaminated+dislocations+in+silicon%3A+A+model+describing+electron-beam-induced+current+contrast+behavior%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Recombination activity of contaminated dislocations in silicon: A model describing electron-beam-induced current contrast behavior.</a> Phys. Rev. B. 63, 115208(2001).</li>
<li>Higgs, V., Lighthowlers, E. C., Norman, C. E., Kightley, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterisation+of+dislocations+in+the+presence+of+transition+metal+contamination%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Sci.+Forum%22%5BJournal%5D)">Characterisation of dislocations in the presence of transition metal contamination.</a> Mater. Sci. Forum. 83-87, 1309-1314 (1992).</li>
<li>Donolato, C., Bell, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+grain+boundaries+in+polycrystalline+solar+cells+using+a+computerized+electron+beam+induced+current+system%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">Characterization of grain boundaries in polycrystalline solar cells using a computerized electron beam induced current system.</a> Rev. Sci. Instrum. 54 (8), 1005-1008 (1983).</li>
<li>Wilkinson, A. J., Meaden, G., Dingley, D. J. chap. 17, Mapping Strains Using Electron Backscatter Diffraction. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWilkinson%2C+AJ+%22Electron+Backscatter+Diffraction+in+Material+Science%22">Electron Backscatter Diffraction in Material Science</a>. Schwartz, A. J., Kumar, M., Adams, B. L., Field, D. P. , 2nd Edition, Kluwer Academics/Plenum Publishers. New York. 231-249 (2009).</li>
<li>Childs, G. B., Ericks, L. Y., Powell, R. W. National Bureau of Standards. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aChilds%2C+GB+%22Thermal+Conductivity+of+Solids+at+Room+Temperature+and+Below%3A+A+Review+and+Compilation+of+the+Literature%22">Thermal Conductivity of Solids at Room Temperature and Below: A Review and Compilation of the Literature</a>. , 
 <a target="_blank" href="http://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc13173/m1/1">http://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc13173/m1/1</a> (1973).</li>
<li>Yacobi, B. G., Holt, D. B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aYacobi%2C+BG+%22Cathodoluminescence+Microscopy+of+Inorganic+Solids%22">Cathodoluminescence Microscopy of Inorganic Solids</a>. , Plenum Press. New York. (1990).</li>
<li>Everhart, T. E., Hoff, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+Kilovolt+Electron+Energy+Dissipation+vs+Penetration+Distance+in+Solid+Materials%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Determination of Kilovolt Electron Energy Dissipation vs Penetration Distance in Solid Materials.</a> J. Appl. Phys. 42 (13), 5837-5846 (1971).</li>
<li>Zaefferer, S., Elhami, N. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theory+and+application+of+electron+channelling+contrast+imaging+under+controlled+diffraction+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Mater%22%5BJournal%5D)">Theory and application of electron channelling contrast imaging under controlled diffraction conditions.</a> Acta Mater. 75, 20-50 (2014).</li>
<li>Schulze, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSchulze%2C+G+%22Metallphysik%22">Metallphysik</a>. , Akademie Verlag. Berlin. (1967).</li>
<li>Jiang, J., Britton, T. B., Wilkinson, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evolution+of+intragranular+stresses+and+dislocation+densities+during+cyclic+deformation+of+polycrystalline+copper%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Mater%22%5BJournal%5D)">Evolution of intragranular stresses and dislocation densities during cyclic deformation of polycrystalline copper.</a> Acta Mater. 94, 193-204 (2015).</li>
<li>Inoue, M., Sugimoto, H., Tajima, M., Oshita, Y., Ogura, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microscopic+and+spectroscopic+mapping+of+dislocation-related+photoluminescence+in+multicrystalline+silicon+wafers%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Sci.%3A+Mater.+Electron%22%5BJournal%5D)">Microscopic and spectroscopic mapping of dislocation-related photoluminescence in multicrystalline silicon wafers.</a> J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 19, 132-134 (2008).</li>
<li>Kato, G., Tajima, M., Toyota, H., Ogura, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polarized+photoluminescence+imaging+analysis+around+small-angle+grain+boundaries+in+multicrystalline+silicon+wafers+for+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Jpn.+J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Polarized photoluminescence imaging analysis around small-angle grain boundaries in multicrystalline silicon wafers for solar cells.</a> Jpn. J. Appl. Phys. 53, 080303(2014).</li>
<li>Tajima, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spectroscopy+and+Topography+of+Deep-Level+Luminescence+in+Photovoltaic+Silicon%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+J.+Photov%22%5BJournal%5D)">Spectroscopy and Topography of Deep-Level Luminescence in Photovoltaic Silicon.</a> IEEE J. Photov. 4 (6), 1452-1458 (2014).</li>
<li>Yablon, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+and+mechanical+effects+of+frozen-in+stresses+and+strains+in+optical+fibres%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+J.+Sel.+Top.+Quant%22%5BJournal%5D)">Optical and mechanical effects of frozen-in stresses and strains in optical fibres.</a> IEEE J. Sel. Top. Quant. 10 (2), 300-311 (2004).</li>
<li>Herring, R., Norouzpour, M., Saitoh, K., Tanaka, N., Tanji, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+three-dimensional+strain+state+in+crystals+using+self-interfered+split+HOLZ+lines%5BTitle%5D)+AND+%22Ultramicroscopy%22%5BJournal%5D)">Determination of three-dimensional strain state in crystals using self-interfered split HOLZ lines.</a> Ultramicroscopy. 156, 37-40 (2015).</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Die SEM bietet die Möglichkeit ausgedehnte Defekte in dem Halbleitermaterial zu lokalisieren sowie ihrer strukturellen, optischen und elektrischen Eigenschaften, die durch die Anwendung von ccEBSD, CL und EBIC Untersuchungen zu charakterisieren. Im Allgemeinen ist es nicht möglich, alle drei Verfahren gleichzeitig mit der gleichen Probe durchzuführen. Jedoch kann eine Kombination der Ergebnisse von den verschiedenen ergänzenden Untersuchungsverfahren erhalten, wenn sie in einer angemessenen Reihenfolge durchgeführt wird, führt zu einem tieferen Verständnis der physikalischen Natur der durch ausgedehnte Defekte verursachte Effekte. Für die CL-Messungen Informationen über die optischen Eigenschaften von ausgedehnten Defekten zu geben, ein kritischer Schritt in dem Protokoll ist das Probenpositionierungsprozedur (Schritt 1.6) durch unerwünschte Tempern von Defekten in der Probe während der Erwärmung der Indiumfolie (die eine gute gewährleistet, thermische und elektrische Kontakt der Probe mit dem Probenhalter). Eine Alternative zu dem Verfahren vorgeschlagen,ist die Probe auf den Probenhalter durch leitfähige Silberpaste bei RT zu montieren. Jedoch aus Erfahrung bekannt ist, dass das organische Lösungsmittel in der Paste kann Kohlenstoffverunreinigung auf der Probenoberfläche während des Abtastens in der SEM verursachen. Die Verschmutzung verschlechtert die Qualität der CL Bilder sowie die EBSD Beugungsmuster. Zusätzlich erfordert der Schritt 4.21 besondere Aufmerksamkeit, wobei ein abrupter Anstieg der Lumineszenzintensität von Silizium während der Abkühlung der Probe auftreten kann. Dies kann die Leistung des Photomultipliers schaden. Im Gegenteil, für den Fall von unerwarteten niedrige Lumineszenzintensität für die eigentliche Probe, sollte man versuchen, die Einstellung der Lichtsammelspiegel (Protokoll Nr 4.23), weil die vorläufige Spiegelausrichtung auf einer Testprobe bei RT wurde durchgeführt zur Verbesserung der in eine etwas andere Wellenlängenbereich. Bezüglich instrumental Einschränkungen des Verfahrens muss man berücksichtigen, dass bei sehr niedrigen temperatÜRES die Bühne mit der Probe nur um ± 5 mm in der x- und y-Richtungen, die in den Bereich der untersuchten Proben beschränkt bewegt werden kann. Diese Einschränkung ist durch die Gefahr des Sprödbruchs des He Übertragungsrohrs. Die Probenabmessungen für Kryo-Experimente gegeben in 1.1 und 1.2 werden auch durch Versuchsbedingungen beschränkt. So dass die Oberfläche der Proben sollte der Größe des Probenhalters eingestellt werden, um einen optimalen thermischen Kontakt auf der Wärmesenke zu sichern. Die geringe empfohlene Dicke der Siliziumproben begrenzt den Temperaturgradienten in der Probe für die Kryo-Experimenten. Für eine Probendicke von 200 um, wurde die Temperatur in der Mitte des Wechselwirkungsvolumen für die Primärelektronen in der Oberflächenregion gefunden um weniger als 5 K im Vergleich zu der Temperatur an der Oberfläche des Probenhalters gemessen erhöht werden. Die hohe Scangeschwindigkeit und die nur für die Cool-down-Verfahren in den Schritten 4.5 und 4.17 vorgeschlagen geringer Vergrößerung, sicherzustellen, dass the Region von Interesse ist sauber gehalten. Dies ist wegen der Wärmeübertragung durch den abtastenden Elektronenstrahls, die oberhalb der Temperatur der Rest der Probenbereiche immer leicht eine Temperatur hält, die für Restgas in der Kammer SEM als Kondensationsfalle wirken. Im Allgemeinen werden alle in Schritt aufgeführten Parameter 4.24 für CL-Spektroskopie zur Messung der so genannten D-Linie Lumineszenz in Bulk-Silizium durch die experimentelle entsprechend der Ausstattungsliste eingerichtet optimiert. Die Parameter angepasst werden, wenn die Untersuchungen der Lumineszenz sind auf andere Halbleitermaterialien durchgeführt werden. Unabhängig von dem Energiebereich der Lumineszenz beobachtet wird, eine weitere Begrenzung der CL-Messungen ergibt sich aus der Lichtsammelspiegel, weil Licht von Strahlungsrekombination Prozesse in der gesamten Rekombination Volumen durch den Spiegel kommt und somit gesammelt wird, bestimmt den Grauwert des entsprechenden CL Bildpixel, das ist assigned auf die Position des Elektronenstrahls auf der Probenoberfläche. Da der Durchmesser der Rekombinationsreaktion Volumen (der mit dem Anregungsvolumen vergleichbar ist) größer ist als die Pixelgröße auch bei geringer Vergrößerung bewirkt dieser Effekt eine räumliche Verschmieren des Lumineszenzsignals und daher begrenzt die räumliche Auflösung. Dennoch ermöglicht die CL Untersuchung eine Abbildung der lokalen Verteilung von Mono- oder panchromatic Lumineszenz mit mittlerer spektraler Auflösung und könnte mit Photolumineszenz Untersuchungen kombiniert werden, um eine höhere spektrale Auflösung zu geben. Vor kurzem als eine alternative experimentelle Methode Messungen Cl, eine mikroskopische und spektroskopische Abbildungs ​​von Versetzungs bezogen Photolumineszenz wurde durch die Gruppe von Tajima et al 26 vorgeschlagen. Die räumliche Auflösung der Photolumineszenz-Mapping ist deutlich niedriger als in den CL-Bilder, aber die Photolumineszenz Untersuchungen ermöglicht zusätzlich die Polarisation des tiefen Ebene Emissionsband correumgerechnet zu Versetzungen werden in LAGBs mit Twist und Neigungs Strukturen 27,28 bestimmt. Im Falle von EBIC Untersuchungen, die einen Einblick in die elektrischen Eigenschaften von ausgedehnten Defekten ergeben, gibt es keine alternative Methoden für die Abbildung der lokal variierenden Ladungssammeleffizienz in Halbleitermaterialien mit einem vergleichsweise räumlicher Auflösung. Jedoch auch für EBIC Messungen kritischen Schritte in dem Protokoll enthalten. So in Schritt 5.13 die Variation des EBIC Bild mit abnehmender Temperatur wird erwartet, dass von den temperaturabhängigen Eigenschaften der ausgedehnten Defekten entstehen. Jedoch kann die Qualität der Kontakte bei Temperaturen unter RT ändern und somit die EBIC Bild beeinflussen. Temperatur beeinflußt den Schottky-Kontakt, die mit einer geeigneten Schicht aus Al im Fall von p-Typ und mit Au in dem Fall von n-Typ-Silizium, aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten trennen die Kontaktschicht von der silicon Substrat. Weiterhin bei Temperaturen unter 160 K. Normalerweise der ohmsche Kontakt durch eine Gallium-Indium-Eutektikum aus nicht stabil ist, führt die Verringerung der Kontaktqualität zu einer verminderten stark EBIC Signal für große Flächen. In diesem Fall müssen die Kontakte erneuert werden. Für EBIC Untersuchungen bei RT ist es auch denkbar, dass die Kontakte für die EBSD-Messungen können durch Bindung der Probe auf einem geeigneten Trägerplatte hergestellt werden. Eine andere Beschränkung der Instrumental EBIC Messungen wird durch den vorspringenden der Kontaktspitze Halter über der Probenoberfläche verursacht. Um zu verhindern, sollte eine Kollision zwischen dem Kontaktspitzenhalter und dem Polstück des SEM der WD mindestens 15 mm betragen. In dem experimentellen Verfahren für ccEBSD Untersuchungen, die verwendet werden können, die weitreichende Dehnungsfeld von ausgedehnten Defekten abzuschätzen, sind folgende Schritte kritisch. Der schwierigste Teil des Experiments ist die Probenvorbereitung, insbesondere die letzte Polierverfahren (protocol No. 3.1), die sorgfältig durchgeführt werden muss, um die Erzeugung zusätzlicher Oberflächenfehler zu vermeiden. Wenn kein Kikuchi Muster erhalten werden können, oft die Qualität der Probenoberfläche ist nicht ausreichend. Jedoch von Silicium-Einkristallen mit Schleifleitungen auf der Oberfläche nach der plastischen Verformung, eine gute Beugungsmuster, das für die ccEBSD Bewertungsverfahren gut geeignet war, erhalten werden konnte. Die Oberflächenrauhigkeit dieser Proben wurde durch Atomkraftmikroskopie was eine Höhenvariation im Bereich von bis zu 500 nm analysiert. Daher extrem hohe innere Spannungen oder amorphe Oberflächenschichten scheinen für unscharfe Beugungsmuster verantwortlich sein, anstatt der unvollkommenen Ebenheit der Probenoberfläche. Ein weiteres Problem könnte ein Low-Signal von den kohärent gestreuten Elektronen im Vergleich zum Hintergrund sein. Dann eine Erhöhung der Sondenstrom bei konstanter Beschleunigungsspannung und / oder eine genauere Bestimmung des Hintergrundsignals (protocol Schritt No. 6.12) are hilfreich. Zur Minimierung der Probenbewegung während einer lang anhaltenden ccEBSD Messung wird empfohlen, die Probe mechanisch (Protokoll Nr 3.2) zu beheben. Instrumental Einschränkungen für die ccEBSD Untersuchungen können entstehen, wenn die Neigung der Probenoberfläche relativ zum einfallenden Elektronenstrahl wird durch die Neigung der Bühne realisiert. Es gibt dann starke Einschränkungen für die Bewegung der Probe aufgrund einer Kollisionsgefahr mit dem Polstück und den Kammerwänden. Darüber hinaus wird dringend empfohlen, nur Linien-Scans zu verwenden, die zur Neigeachse parallel sind (und somit horizontal auf dem SEM-Bildschirm angezeigt werden), weil, erstens, vertikale Scans eine große Summe Fehler für die inneren Spannungen aufgrund des Fehlers der Probe haben Neigung. Zweitens, während EBSD ist die laterale Auflösung, die höher (um etwa den Faktor 3 für die 70 ° Neigung) entlang der Kippachse als senkrecht dazu. Die untere Grenze für den Wert der Verzerrungstensor Komponenten für Si berechnet aus ccEBSD Untersuchungen geht es um2 x 10 -4 , die den zufälligen Fehler ist. Zusätzlich muß betont werden, daß die ccEBSD Technik kann nicht in Gegenwart großer Gitter Rotationen angewandt werden (&gt; 4 °) mit Bezug auf den Referenzpunkt oder sehr nahe an den Korngrenzen, wo EBSD Muster aus verschiedenen Körnern überlappen. Die physikalische Beschränkung der ccEBSD Untersuchungen der räumlichen Auflösung des Dehnungsbestimmung betreffend ist auf dem Bereich der Elektronenbeugung, die gefunden wurde, etwa 50 nm entlang der Probe Kippachse zu sein. Im Vergleich zu Röntgenbeugungsexperimente zur Bestimmung von inneren Spannungen, ist dies ein deutlicher Vorteil aufgrund der wesentlich größeren Wechselwirkungsvolumen von Röntgenstrahlen, auch im Fall von Röntgen μ-Beugung. Für Halbleitermaterialien kann die Untersuchung von Störungen des isotropen Brechungsindex von einem Polsucher auch zur Bestimmung von Eigenspannungen angewendet werden, aber die räumliche Auflösung dieses Verfahrens ist, niedriger ist alseinige hundert nm 29. Ein alternatives Verfahren zur Bestimmung des räumlich aufgelösten dreidimensionalen Dehnungszustand in Kristallen auf der Spaltung von höherer Ordnung Laue Zonen (HOLZ) Linien basiert. Dieses Verfahren muss in einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) unter Verwendung eines Elektronen Biprisma zur Elektronen Interferometrie 30 ausgeführt werden. Jedoch im Gegensatz zu den Untersuchungen im ccEBSD SEM erfordert die TEM Untersuchung die Herstellung einer Folie aus der Probe, die die inneren Spannungen aufgrund Relaxationseffekte ändert. In zukünftigen Studien wird ccEBSD Messungen auch bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden. Dadurch wird die Untersuchung der strukturellen, optischen und elektrischen Eigenschaften, nicht nur auf dem gleichen erweiterten Defekt zu ermöglichen, sondern auch bei der gleichen Temperatur.

Es ist seit Jahrzehnten bekannt , dass ausgedehnte Defekte einen Einfluss auf die elektronische Struktur von Halbleitermaterialien 1-3 ausüben. Der Effekt der ausgedehnten Defekten auf die Leistungsfähigkeit von elektronischen Geräten und anderen Anwendungen, wie beispielsweise Sensoren und Solarzellenmaterialien unter umfangreiche experimentelle und theoretische Untersuchungen. Dennoch gibt es keine allgemein akzeptierte Theorie zur Berechnung der elektronischen Zustände der Halbleiter in Gegenwart von ausgedehnten Defekten. Dies ist aufgrund der Komplexität der Berechnungen der elektronischen Struktur im Falle von Abweichungen von der idealen Kristallgitter und auch die große Vielfalt in Bezug auf die Art und Konfiguration von ausgedehnten Defekten, sowie die möglichen Kombinationen untereinander und mit 0-dim intrinsische und extrinsische Defekte. Die wichtigsten Arten von ausgedehnten Defekten sind Versetzungen (1-dimensionale Defekte) und Korngrenzen (2-dimensionale Defekte). Im Folgenden werden wir zusammenncentrate auf beide dieser Arten von ausgedehnten Defekten in Bezug auf die Experimente, die in dem Rasterelektronenmikroskop (SEM) durchgeführt werden kann. Die experimentellen Methoden vorgestellt hier geben Auskunft über strukturellen, optischen und elektrischen Eigenschaften von ausgedehnten Defekten und damit indirekt Kenntnis der elektronischen Zustände in Halbleitermaterialien ausgedehnte Defekte enthält. Die Steuerung der Defekt im Zusammenhang mit elektronischen Zustände ist ein zentrales Thema für die Anwendung von Halbleitern und den Betrieb von Halbleiterbauelementen. Für die strukturelle Untersuchung von ausgedehnten Defekten kann das Rückstreuelektronenbeugung (EBSD) Technik angewendet werden. Üblicherweise wird eine EBSD Messung wird durch Punkt-Mapping mit einem stationären Elektronenstrahl an jedem Punkt durchgeführt. EBSD liefert dann Informationen über die kristallographische Orientierung des Kristallgitters der Probe im Fall von einkristallinem Material und der Körner in polykristallinen Materialien. for Dazu werden die experimentell bestimmte Beugungsmuster von den Kikuchi Bänder gebildet haben durch Vergleich mit simulierten Muster aus dem Kristall der Raumgruppe des Materials bestimmt analysiert werden. Wenn die Software für die Auswertung der Orientierungsdaten kann die Fehlorientierungswinkel zwischen den kristallographischen Koordinatensysteme benachbarter Abbildungspunkte zu berechnen, kann die Art der Korngrenze zwischen ihnen festgestellt werden. Wenn der Fehlorientierung Winkel kleiner als 15 °, eine niedrige Winkelkorngrenze (LAGB) vorhanden ist; ansonsten ist es eine hohe Winkelkorngrenze (HAGB). Die Art der HAGB zeichnet sich durch seine Σ Wert charakterisiert , wo Σ -1 der Anteil der Gitterpunkte ist auf einem Zufall Gitter liegen. Also, Σ = 3 steht für die hochsymmetrische Zwillingsgrenze 4. Wenn der EBSD Abbildung auf zwei Ebenen der Probenoberfläche kann mit einer genauen Kenntnis der Positionen der Zuordnungen gemessen werden, der Art der Korngrenzebene with Miller Indizes hkl kann auch durch ein von Randle 5 vorgeschlagenen Verfahren bewertet werden. Vor kurzem wurde ein neues Verfahren für die Beurteilung der Elektronenbeugungsmuster abgeleitet von Wilkinson et al. 6 , die die Berechnung aller Komponenten des gesamten lokalen Verzerrungstensor ermöglicht, dh., Absolute Werte der drei normale Belastung und die drei Scherverformungs Komponenten. Diese Berechnung wird für jeden Messpunkt in einer Abbildung aus dem entsprechenden Beugungsmusters in Bezug auf ein Referenzmuster auf einem ungespannten Kristallbereich mit derselben kristallographischen Orientierung genommen durchgeführt. Dieses Bewertungsverfahren basiert auf der Bestimmung von kleinen Verschiebungen der charakteristischen Merkmale des EBSD Muster basiert die Kreuzkorrelationstechnik verwendet, die den Namen ccEBSD verleiht. Im Vergleich zu einem gewählten Referenzpunkt, die Dehnungskomponenten und Gitter Drehungen mit Genauigkeiten von 10 -4 und 0,006 &amp; # gemessen werden176 ;, bzw. 7. Die Anwendung ccEBSD Messungen in Linie scannt über Korngrenzen oder entlang Anordnungen von Versetzungen, kann man lokal die Menge sowie den Bereich der Spannungsfelder dieser ausgedehnten Defekten bestimmen. Die optischen Eigenschaften von Versetzungen und Korngrenzen kann durch spektraler und bildlicher Kathodolumineszenz (CL) Techniken untersucht werden. Das Lumineszenzsignal wird durch die strahlende Rekombination von Elektronen-Loch-Paare verursacht, die in dem Halbleitermaterial durch den Primärelektronenstrahl des SEM erzeugt werden. Die Intensität der Lumineszenz ist proportional zur Strahlungsrekombination Wirkungsgrad, der das Verhältnis der Gesamtminoritätsladungsträger-Lebenszeit zur Strahlungsrekombination Zeit ist. Wenn dieses Verhältnis durch Defekte lokal beeinflusst wird, kann ein Kontrast in der Lumineszenzverteilung in den CL-Bilder beobachtet werden. Normalerweise wirken ausgedehnte Defekte als nicht strahlende Rekombinationszentren, und daher die luminescence von Band-Band-Rekombination in der Nähe der ausgedehnten Defekten im Vergleich zum ungestörten Halbleiter verringert. Jedoch im Falle von Si, Ge und einige Verbindungshalbleitermaterialien, bei Versetzungen sowie Korngrenzen werden charakteristische Lumineszenz-Banden beobachtet zeigt Photonenenergien geringer als die der (direkt oder nicht direkt) Band-zu-Band Rekombination im Schüttgut 8-10. Als Beispiel offenbart umfangreiche Untersuchungen von CL gebundenen Siliziumwafer und von multikristallinem Silizium durch Sekiguchi et al 11-13 , dass Dislokationen und LAGBs für das Auftreten von flachen und tiefen Niveaus in der Bandlücke verantwortlich sind. Die entsprechenden Strahlungsübergänge werden als D-Linien in der CL-Spektren bezeichnet. Dennoch ist die Rolle des Stammes Feldanordnungen von Versetzungen und der Dislokation Kontamination durch Sauerstoffabscheidung und Übergangsmetallverunreinigungen begleitet noch umstritten für die interpretatIon der D-Linie Lumineszenz. Aber, wenn eine Zuordnung der Energieposition der Lumineszenz Linie zu einer deutlichen erweiterten Defekt kann erfolgreich durchgeführt werden, dann ist das Auftreten dieses bestimmten Zeile in dem Lumineszenzspektrum kann als Signal für das Vorhandensein dieses Fehlers getroffen werden. Um die Lumineszenzintensität erhöhen, dh., Die strahlende Rekombination in Bezug auf die nicht-strahl einer weisen CL Untersuchungen bei niedrigen Temperaturen (cryo-CL) für Halbleitermaterialien mit indirektem Bandstrukturen durchgeführt werden. Die elektrischen Eigenschaften der ausgedehnten Defekten hier betrachteten werden durch Abbilden der elektronenstrahlinduzierten Strom (EBIC) in dem SEM charakterisiert. Dieser Strom kann beobachtet werden, wenn Elektronen-Loch-Paaren, die durch den Primärelektronenstrahl erzeugt von einem eingebauten elektrischen Feld getrennt sind. Dieses Feld kann durch das elektrische Potential der ausgedehnten Defekte erzeugt werden selbst oder von Schottky-Kontakte auf der Probenoberfläche. Die EBIC BildKontrast ergibt sich aus lokalen Variationen der Ladungssammeleffizienz aufgrund einer unterschiedlichen Rekombination Verhalten bei elektrisch aktiven Defekten. Die ausgedehnte Defekte zeigen in der Regel eine erhöhte Trägerrekombinationszeit, so dass sie dunkler in einem EBIC Bild erscheinen als fehlerfreie Regionen. Im Rahmen der physikalisch basierten Modelle von Defekten 14, eine quantitative Auswertung der räumlichen Abhängigkeit der EBIC Signals, das Kontrastprofil aufgerufen wird, ermöglicht die Bestimmung der Minoritätsladungsträger - Diffusionslänge und die Lebensdauer sowie die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit. Da diese Parameter abhängig sind von der Temperatur, EBIC Untersuchungen sollten auch bei niedriger Temperatur (cryo-EBIC) durchgeführt werden, um ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis zu erhalten. Alternativ temperaturabhängige EBIC - Messungen ermöglichen die Bestimmung der Konzentration von tiefen Ebene Verunreinigungen an Versetzungen nach einem Modell , das von Kittler und Mitarbeitern 15,16 vorgeschlagen wurde. <p class = &quot;jove_content&quot;&gt; Es ist zu beachten, dass die optischen und elektrischen Eigenschaften von ausgedehnten Defekten in Halbleitern wesentlich durch Verunreinigungen beeinflußt werden kann , und durch 0-dim intrinsische Defekte 17 auf, die gelöst werden können , nicht durch Rasterelektronenmikroskopie. Jedoch ist die Kombination der experimentellen Methoden, ccEBSD, CL und EBIC, bietet die Möglichkeit, die erweiterten Defekte sichtbar zu machen und ihre grundlegenden Eigenschaften in dem SEM zu quantifizieren. Für zukünftige Anwendungen, bei denen nicht nur die Fehleranalyse, sondern auch defekt Kontrolle und Defekt-Engineering bestimmt sind, dieses mächtige Werkzeug wird eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Halbleiterbauelementen zu spielen.

<table><tbody><tr><td>Kryogene Flüssigkeiten:&nbsp; &nbsp; &nbsp;</td><td>Linde http://www.linde-gas.de, Air Liquide http://www.airliquide.de/</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Liquid Helium ( LHe ) zur</td><td></td><td></td> <td>Kühlung des Kryostaten</td></tr><tr><td>Flüssiger Stickstoff ( LN2 )</td><td></td><td></td> <td>zur Kühlung des PMT R5509-73</td></tr><tr><td>Indium Draht</td><td>chemPUR http://chempur.de/&nbsp;</td><td>900898</td><td>CL-Probenvorbereitung: für eine gute elektrische und thermische Kopplung zwischen Kryostat und Probe</td></tr><tr><td>Mica</td><td>plano GmbH http://www.plano-em.de/&nbsp;</td><td>V3-Isolierung</td><td>des EBIC-Probenhalters und gute thermische Kopplung an den Kryostaten</td></tr><tr><td>Aluminiumdraht, Golddraht</td><td>chemPUR http://chempur.de/&nbsp;</td><td>009013, 900891</td><td>Reinheit 99,99%, Material zur Bildung von Schottky-Kontakt für EBIC-Messungen</td></tr><tr><td>Eutektische Indium-Gallium-Lösung</td><td>Alfa Aesar&nbsp;</td><td>12478</td><td>zur Herstellung eines ohmschen Kontakts auf der Rückseite der Probe für EBIC-Messungen</td></tr><tr><td>FlüssigchemikalienVLSI Selectipur &nbsp;( entionisiertes Wasser, Aceton, Ethanol)</td><td>VWR</td><td>52182674, 51152090</td><td>für die Probenvorbereitung: Reinigung und Oberflächenbehandlung</td></tr><tr><td>Flusssäure</td><td>VWR</td><td>1,003,382,500</td><td>erforderlich, um die Oberflächenoxidschicht auf Siliziumproben unmittelbar vor der Untersuchung zu entfernen; Sicherheitsvorkehrungen beachten!&nbsp;</td></tr><tr><td>MicroCloth</td><td>Buehler http://www.buehler.com/&nbsp;</td><td>40-7222</td><td>Poliertuch</td></tr><tr><td>MasterMet 1 (0.02 &micro; m)</td><td>Bühler http://www.buehler.com/&nbsp;</td><td>40-6380-006</td><td>SiO2 Poliersuspension</td></tr><tr><td>Rasterelektronenmikroskop (REM)</td><td>Carl Zeiss AG http://www.zeiss.de/microscopy/&nbsp;</td><td>Ultra 55</td><td>Feldemissionspistole</td></tr><tr><td>SEM-CL System</td><td>EMSysteme kundenspezifisch,</td><td></td><td>folgende Ausrüstung gehört zum CL-System:</td></tr><tr><td>&nbsp; REM-Tisch für Kryostat</td><td>Kammrath & Weiss http://www.kammrath-weiss.com&nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>KONTI Kryostat</td><td>Cryovac http://www.cryovac.de/</td> <td>3-06-4609C-7674</td><td>Kühlung der Probe</td></tr><tr><td>Flüssigkeit He Transferleitung für KONTI Kryostat</td><td>Cryovac http://www.cryovac.de/</td> <td>3-01-3506C-SO</td><td></td></tr><tr><td>Kryometer</td><td>Temperaturregler Cryovac http://www.cryovac.de/</td> <td>TIC-304 MA</td><td>Steuerung der Durchflussrate des kryogenen</td></tr><tr><td>Photomultiplier-Rohrs (PMT)&nbsp;</td><td>Hamamatsu http://www.hamamatsu.com</td><td>R5509-73</td><td>für den NIR-Spektralbereich&nbsp;</td></tr><tr><td>PMT Gehäuse und Kühler</td><td>Hamamatsu http://www.hamamatsu.com</td><td>C9940-2</td><td></td></tr><tr><td>HV Netzteil&nbsp;</td><td>Heinzinger electronic GmbH http://www.heinzinger.de/</td> <td>LNC 3000-10 neg</td><td>für den Betrieb des PMT</td></tr><tr><td>Monochromators&nbsp;</td><td>Sol Instruments Ltd. http://www.solinstruments.com</td><td>MS2004i</td><td></td></tr><tr><td>PMT&nbsp;</td><td>Hamamatsu http://www.hamamatsu.com</td><td>R3896</td> für <td></td></tr><tr><td>CCD-Digitalkameras</td> mit sichtbarem Spektralbereich<td>Proscan GmbH, Proscan Special Instruments Ltd. http://www.proscan.de</td><td>HS 101 H</td><td>für den sichtbaren Spektralbereich</td></tr><tr><td>Steuerprogramm</td><td>Proscan GmbH, Proscan Special Instruments Ltd. http://www.proscan.de PSI-Linie</td><td></td><td>zur Steuerung von spektralen CL-Messungen mit CCD- oder PMT-Detektoren</td></tr><tr><td>Laptop</td><td>Dell</td><td>Latitude 110L</td><td>Hardware zum Ausführen des Steuerungsprogramms</td></tr><tr><td> LHe</td><td>Dewar-Kryotherm http://www.cryotherm.de/</td> <td>Stratos 100 SL</td><td>Behälter für Kryotechnik</td></tr><tr><td>LN2 Dewar-Behälter</td><td></td><td></td><td>für Kryotechnik</td></tr><tr><td>Schutzbrille</td><td>pulsafe</td><td></td><td>Schutzausrüstung</td></tr><tr><td>Schutzhandschuhe</td><td></td><td>tempex Protect line&nbsp; Mod. 4081052</td><td>Schutzausrüstung</td></tr><tr><td>Heizband</td><td>Thermocax Isopad GmbH http://www.isopad-solutions.com</td><td>IT-TeMS 6</td><td>zur Vermeidung bzw. Reduzierung der Vereisung der flexiblen Schläuche beim Abkühlen</td></tr><tr><td>Membranpumpe&nbsp;</td><td>Vacuubrand GmbH & Co KG http://www.vacuubrand.com</td><td>ME4</td><td>zur Bereitstellung der Durchflussrate des kryogenen</td></tr><tr><td>Vakuumzubehörs: flexible Schläuche, Dichtungen, Sicherungsringe</td><td></td><td></td>, <td>Anschlüsse für kryogenen CL- oder EBIC-Aufbau</td></tr><tr><td>Probenstrom EBIC-Verstärker</td><td>KE-Entwicklungen / Deben http://deben.co.uk/</td> <td>Typ 31</td><td>Messung des EBIC-Stroms</td></tr><tr><td>Hochvakuumkammer mit Metallverdampfung</td><td>kundenspezifisch</td><td></td><td>Bildung eines Schottky-Kontakts für EBIC-Messungen</td></tr><tr><td>Heizplatte</td><td>Retsch GmbH http://www.retsch.de</td><td>SG1</td><td>CL Probenvorbereitung</td></tr><tr><td>EBSD-Detektor Nordlys</td><td>HKL</td><td></td><td>nicht mehr lieferbar; kann durch die Oxford EBSD-Detektoren NordlysMax3 oder NordlysNano</td></tr> ersetzt werden <tr><td>EBSD-Erfassungs- und Auswertesoftware Kanal 5</td><td>HKL</td><td></td><td>nicht mehr verfügbar; kann durch die Oxford EBSD Software AZtecHKL ersetzt werden</td></tr><tr><td>ccEBSD-Programm ccEBSD_v1.07.exe</td><td>hauseigenes, geschriebenes Programm</td><td></td><td>zur Verwendung, bitte kontaktieren Sie die Autoren</td></tr><tr><td>EBSD-Schnittstelle mit dem Fernsteuerungssystem</td><td>Carl Zeiss AG http://www.zeiss.de/microscopy/&nbsp;</td><td></td><td>notwendig für die Elektronenstrahlsteuerung und Parameterübertragung zwischen EBSD-System und SEM&nbsp; &nbsp;</td></tr><tr><td>Vibromet2</td><td>Buehler, http://www.buehler.com/&nbsp;</td><td>671635160</td><td>Gleitpolierer</td></tr></tbody></table>

umfassende charakterisierung von ausgedehnten defekten in halbleitermaterialien durch ein rasterelektronenmikroskop

Comprehensive Characterization of Extended Defects in Semiconductor Materials by a Scanning Electron Microscope

Ausgedehnte Defekte wie Versetzungen und Korngrenzen haben einen starken Einfluss auf die Leistung von mikroelektronischen Bauelementen und auf andere Anwendungen von Halbleitermaterialien. Es ist jedoch noch umstritten, wie die Defektstruktur die Bandstruktur und damit das Rekombinationsverhalten von Elektron-Loch-Paaren bestimmt, die für die optischen und elektrischen Eigenschaften der ausgedehnten Defekte verantwortlich sind. Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über Verfahren zur ortsaufgelösten Untersuchung von strukturellen und physikalischen Eigenschaften ausgedehnter Defekte in Halbleitermaterialien mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM). Repräsentative Beispiele werden für kristallines Silizium genannt. Das Lumineszenzverhalten ausgedehnter Defekte kann durch Kathodolumineszenz (CL)-Messungen untersucht werden. Sie sind besonders wertvoll, weil spektral und räumlich aufgelöste Informationen gleichzeitig gewonnen werden können. Bei Silizium mit einer indirekten elektronischen Bandstruktur sollten CL-Messungen bei niedrigen Temperaturen bis zu 5 K durchgeführt werden, da der Anteil an strahlungsbedingten Rekombinationsprozessen im Vergleich zu nicht-strahlenden Übergängen bei Raumtemperatur gering ist. Für die Untersuchung der elektrischen Eigenschaften ausgedehnter Defekte kann die Elektronenstrahl-induzierte Stromtechnik (EBIC) angewendet werden. Das EBIC-Bild spiegelt die lokale Verteilung der Defekte aufgrund der erhöhten Ladungsträgerrekombination in ihrer Umgebung wider. Das Vorgehen bei EBIC-Untersuchungen ist für Messungen bei Raumtemperatur und bei niedrigen Temperaturen beschrieben. Interne Dehnungsfelder, die durch ausgedehnte Defekte entstehen, können quantitativ durch Kreuzkorrelationselektronenrückstreubeugung (ccEBSD) bestimmt werden. Diese Methode ist aufgrund der notwendigen Vorbereitung der Probenoberfläche und der Qualität der Beugungsmuster, die während der Kartierung der Probe aufgezeichnet werden, eine Herausforderung. Die räumliche Auflösung der drei experimentellen Techniken wird verglichen.

Die optischen, elektrischen und strukturellen Eigenschaften von Versetzungen und von Korngrenzen in Halbleitermaterialien können durch Experimente bestimmt werden, die in einem Rasterelektronenmikroskop durchgeführt werden. Die Elektronenmikroskopie wurde verwendet, um die Kathodolumineszenz, den elektronenstrahlinduzierten Strom und die Beugung von rückgestreuten Elektronen zu untersuchen.

Umfassende Charakterisierung von ausgedehnten Defekten in Halbleitermaterialien durch ein Rasterelektronenmikroskop

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications ...

Das übergeordnete Ziel der hier vorgestellten Methoden ist es, optische, elektrische und strukturelle Eigenschaften von ausgedehnten Defekten, wie z.B. Versetzungen oder Korngrenzen in Halbleitermaterialien, mit dem Rasterelektronenmikroskop zu bestimmen. Diese Methoden können bei den Schlüsselfragen im Halbleiterbereich helfen, da ausgedehnte Defekte einen starken Einfluss auf die Leistungsfähigkeit von mikroelektronischen Bauelementen und von Solarzellenmaterialien haben. Der Vorteil des Einsatzes des Rasterelektronenmikroskops besteht darin, dass unterschiedliche physikalische Eigenschaften ausgedehnter Defekte an einer Probe von Raumtemperatur bis zu sehr niedrigen Temperaturen untersucht werden können.Die Kathodolumineszenz, die Aufschluss über die optischen Eigenschaften ausgedehnter Defekte in Halbleitern gibt, kann auch zur Untersuchung von Materialien eingesetzt werden, die nur leicht lumineszierend sind, wie z. B. Mineralien. Bei Geschworenenbohrern, die neu in der Elektronenrückstreubeugung für die Dehnungsanalyse sind, kann es aufgrund von Problemen mit der Qualität des Fraktionsmusters und der Stabilität des Elektronenstrahls zu Schwierigkeiten kommen. Montieren Sie zunächst den um 60 Grad vorgeneigten Probenhalter auf eine Metallfassung.Legen Sie dann ein 0,5 Millimeter dickes Stück Indiumfolie auf den Probenhalter und legen Sie die saubere Probe darauf. Setzen Sie anschließend die Steckdose auf eine Heizplatte. Schalten Sie die Heizplatte ein und heizen Sie die Steckdose auf 150 Grad Celsius auf, um die Indiumfolie duktil zu machen.Nach dem Erhitzen drücken Sie mit einem Holzzahnstocher eine Sekunde lang auf die Probe, um die Probe auf der Indiumfolie zu fixieren. Schalten Sie dann die Heizplatte aus und kühlen Sie das System für ca. 30 Minuten. Bewegen Sie zunächst den lichtsammelnden Ellipsenspiegel aus der Parkposition in die Messposition im Rasterelektronenmikroskop (REM).Montieren Sie dann ein Testmuster mit direktem Bandlückenübergang auf den Tisch. Die Kammer evakuieren, bis sich das Säulenkammerventil öffnet. Stellen Sie während dieser Zeit die Bildgebungsparameter ein, wie im beigefügten Textprotokoll beschrieben.Verwenden Sie den everhart-thornley-Detektor für die Bildgebung mit Sekundärelektronen. Bewegen Sie dann den Tisch in Richtung Polstück, bis der Elektronenstrahl in einem Arbeitsabstand von 15 Millimetern auf die Probenoberfläche fokussiert werden kann. Schalten Sie dann die Hochspannungsversorgung für die Photomultiplier-Röhre und den Laptop mit dem Kathodolumineszenz-Steuerungsprogramm ein.Wählen Sie im Kathodolumineszenz-Steuerungsprogramm die Messung des Signals der Photomultiplier-Röhre über die Zeit und stellen Sie den Kontrast auf maximal und die Helligkeit auf 46 % ein. Stellen Sie anschließend den Lichtsammelspiegel so ein, dass die Intensität der integrierten Kathodolumineszenz auf der Prüfprobe durch Kippen und Drehen des Spiegels maximiert wird. Nehmen Sie ein Testspektrum mit dem Kathodolumineszenz-Kontrollprogramm auf. Entlüften Sie nach dem Einrichten die Probenkammer, entnehmen Sie die Testprobe und montieren Sie die eigentliche Probe auf Indiumfolie auf dem Probenhalter.Evakuieren Sie außerdem die REM-Kammer und nehmen Sie die Kryo-Attachments am REM-System vor, wie im begleitenden Textprotokoll beschrieben. Führen Sie zusätzlich den Schlauch für das flüssige Helium in den flüssigen Helium-Dewar ein und verbinden Sie den Auslass des Heliumtransferrohrs mit dem Einlass für kryogene Gase der Kryostufe. Stellen Sie als Nächstes die Elektronenstrahlparameter wie hier gezeigt ein.Bewegen Sie dann den Tisch in Richtung des Polstücks und fokussieren Sie den Elektronenstrahl mit dem Everhart-Thornley-Detektor in einem Arbeitsabstand von 15 Millimetern auf die Probenoberfläche. Wählen Sie den interessierenden Bereich auf der Probenoberfläche und scannen Sie diesen Bereich während des gesamten Abkühlvorgangs kontinuierlich. Um den Abkühlvorgang zu starten, geben Sie die niedrigste Zieltemperatur und die entsprechenden Parameter für die PID-Regelung gemäß dem technischen Handbuch in den Temperaturregler ein.Öffnen Sie dann das Ventil des Flüssighelium-Transferrohrs. Überwachen Sie die Temperatur und den Druck während des Abkühlvorgangs sorgfältig. Stellen Sie nach Erreichen der Zieltemperatur den Arbeitsabstand von 15 Millimetern für fokussierte Bilder wieder her.Korrigieren Sie außerdem die Einstellung des Lichtsammelspiegels, um die maximale integrale Kathodolumineszenzintensität an der tatsächlichen Probe zu erreichen. Legen Sie als Nächstes die entsprechenden Werte für die Verschneidung und den Spektralbereich fest. Stellen Sie außerdem die Schrittweite auf 5 Nanometer, die Zeit pro Messpunkt auf 5 Sekunden und die Spaltbreite auf 2 Millimeter ein.Zeichnen Sie die Kathodolumineszenzspektren der Probe mit der Steuerungssoftware auf und speichern Sie die Dateien für eine spätere Analyse. Wählen Sie als Nächstes den Planarspiegel im Monochromator für die pankomatische Kathodolumineszenz-Bildgebung und eine Blaze-Grading bei einer bestimmten Wellenlänge für die monochromatische Kathodolumineszenz-Bildgebung. Stellen Sie dann die Helligkeits- und Kontrastwerte in einem kleinen Fenster des Bildes in den linearen Bereich der Abhängigkeit der Grauwerte des Bildes vom Photomultiplier-Röhrensignal ein.Stellen Sie schließlich für eine Vergrößerung zwischen 201.000 die Scangeschwindigkeit auf die niedrigste Geschwindigkeit von 14 in Kombination mit Pixelmittelung oder eine höhere Geschwindigkeit von acht in Kombination mit einem Zeilendurchschnitt über 20 Zeilen ein. Nehmen Sie die resultierenden Bilder auf und speichern Sie sie für eine spätere Analyse als Beispiel für den Vergleich der lokalen Verteilung der Lumineszenz der verschiedenen D-Linien, hier für D1 und D4. Für die Kreuzkorrelationselektronen-Rückstreubeugung montieren Sie die Probe auf einem Probenhalter, wobei die Probenoberfläche parallel zum Halter verläuft. Führen Sie dann die Probe ein und evakuieren Sie die REM-Kammer, bis sich das Säulenkammerventil öffnet.Fokussieren Sie den Elektronenstrahl mit den hier gezeigten Bildgebungsparametern in einem Arbeitsabstand von etwa 25 Millimetern auf die Probenoberfläche. Kippen Sie dann die Probe um 69 Grad um die X-Achse und stellen Sie einen Arbeitsabstand von 18 Millimetern ein. Schalten Sie anschließend die Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls ein und schließen Sie das Säulenkammerventil.Schalten Sie dann die Stromversorgung für den Elektronenrückstreubeugungsdetektor ein und bewegen Sie den Detektor von seiner Parkposition in seine Messposition. Fokussieren Sie den Elektronenstrahl erneut auf einen interessierenden Bereich auf der Probenoberfläche, öffnen Sie dann die Elektronenrückstreubeugungssoftware und laden Sie die Kalibrierungsdatei für die ausgewählte Geometrie. Führen Sie eine Hintergrundaufnahme bei geringer Vergrößerung durch, während Sie die einkristalline Probe drehen.Richten Sie die Messung in der Steuerungssoftware gemäß Bedienungsanleitung ein. Lesen Sie dann die Position der Mustermitte und den Detektorabstand für den gewählten Arbeitsabstand aus der Steuerungssoftware aus. Nach der Strahlstabilisierung und einer abschließenden Refokussierung des Elektronenstrahls wird parallel zur Kippachse im interessierenden Bereich eine Fahrplanlinienabtastung durchgeführt.Verwendung von Balkenzuordnungen mit deaktivierter Indexierung, um die Messungen zu beschleunigen. Achten Sie darauf, dass Sie Alle Bilder speichern auswählen. Führen Sie die Zeilenscan durch, bis der letzte Scan abgeschlossen ist, und liefern Sie aufgrund interner Dehnungen leicht unterschiedliche Beugungsbilder.Schalten Sie dann die Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahls aus und schließen Sie das Säulenkammerventil. Ziehen Sie abschließend den Elektronenrückstreubeugungsdetektor aus seiner Messposition in seine Parkposition zurück. Kippen Sie den Tisch wieder auf 0 Grad, entlüften Sie die Kammer und entnehmen Sie die Probe.Das hier gezeigte Bild ist ein Beispiel für die geeignete Positionierung eines Siliziumkristalls auf der Indiumfolie. Dies garantiert einen guten thermischen Kontakt zum Kryoprobenhalter, in dem die Temperatur durch das Thermoelement gemessen wird. Die Kathodolumineszenzspektren eines Silizium-Einkristalls bei 4 Kelvin sind mit der Probe im jungfräulichen Zustand, nach plastischer Verformung und nach einem zusätzlichen Glühen dargestellt.Die charakteristischen Peaks in den Spektren sind mit B-B für einen Band-zu-Bande-Übergang und D1 bis D4 für versetzungsinduzierte Lumineszenzbanden gekennzeichnet. Im Gegensatz dazu zeigt dieses Bild von rückgestreuten Elektronen einen Siliziumwafer mit einer Spur aus rekristallisiertem Material, der nach der Behandlung durch einen hochenergetischen Elektronenstrahl erschien. Die Unterschiede in den Kathodolumineszenzspektren, die an Punkt eins, zwei und drei gemessen wurden, werden durch ausgedehnte Defekte verursacht, die während der Rekristallisation induziert werden.Die drei Normal- und die drei Scherdehnungskomponenten des lokalen Dehnungstensers entlang des Linienscans, der sich vor der Rekristallisationsspur befindet, wurden aus den Kreuzkorrelationselektronen-Rückstreubeugungsuntersuchungen berechnet. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Kathodolumineszenzuntersuchungen und Kreuzkorrelationselektronen-Rückstreubeugung an kristallinen Halbleitermaterialien durchführt. Nach ihrer Entwicklung ebnete die Kreuzkorrelationselektronen-Rückstreubeugungstechnik den Weg für Repertrus, um sehr kleine Dehnungen in Homogenitäten und Gitterrotationen in kristallinen Materialien zu analysieren.Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit kryogenen Mitteln wie flüssigem Helium und flüssigem Stickstoff äußerst gefährlich sein kann. Und Vorsichtsmaßnahmen wie das Tragen von Schutzbrillen und Schutzhandschuhen sollten immer getroffen werden, während Sie diese Schritte ausführen.

comprehensive-characterization-extended-defects-semiconductor

Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Scanning-Probe-Einzel-Elektronen-Spektroskopie Kapazität ermöglicht die Untersuchung von Einzel-Elektronen-Bewegung in lokalisierten Regionen Untergrund. Eine empfindliche Ladung-Erfassungsschaltung in einem kryogenen Rastersondenmikroskop auf kleine Systeme Dotieratome unter der Oberfläche des Halbleiter-Proben zu untersuchen eingearbeitet.

Scanning-Probe-Einzel-Elektronen-Spektroskopie Kapazität

Die Verwendung von Elektronenkanal-Kontrastbildgebung in einem Rasterelektronenmikroskop zur Charakterisierung von Defekten in III-V/Si-heteroexpitaxialen Dünnschichten wird beschrieben. Diese Methode liefert ähnliche Ergebnisse wie die Draufsicht-Transmissionselektronenmikroskopie, jedoch in deutlich kürzerer Zeit, da keine Probenvorbereitung erforderlich ist.

Electron Channeling Contrast Imaging Rapid III-V heteroepitaktischen Charakterisierung

Ein Workflow für eine umfassende Mikro Charakterisierung aktiver optischer Geräte skizziert. Es enthält strukturelle sowie funktionelle Untersuchungen mit Hilfe von CT, LM und SEM. Das Verfahren ist für eine weiße LED demonstriert, die noch während der Charakterisierung betrieben werden kann.

In Tiefenanalysen der LEDs durch eine Kombination von Röntgen Computertomographie (CT) und Lichtmikroskopie (LM) korrelierte mit Rasterelektronenmikroskopie (SEM)

Dieses Papier ein detailliertes Verfahren die Mikrostruktur von ultrafeinkörnig und nanokristallinen Materialien unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops mit einem Standard-Elektronenrückstreubeugungssystem ausgestattet zu charakterisieren. Metalllegierungen und Mineralien verfeinerte Mikrostruktur präsentiert werden, diese Technik analysiert, zeigt die Vielfalt der möglichen Anwendungen.

Charakterisierung von ultrafeinkörnig und Nanokristalline Materialien mit Übertragung Kikuchi Diffraction

Die Isolierung von elektrischen und thermischen Effekten auf die elektrisch unterstützte Deformation (EAD) ist mit makroskopischen Proben sehr schwierig. Metallische Proben-Mikro- und Nanostrukturen zusammen mit einem kundenspezifischen Testverfahren wurden entwickelt, um die Auswirkungen des angewandten Stroms auf die Bildung ohne Joule-Erwärmung und Evolution von Versetzungen auf diesen Proben zu bewerten.

Eine neuartige Methode für<em&gt; In Situ</em&gt; Elektromechanische Charakterisierung von nanoskaligen Proben

Die vorgestellte Methode beschreibt, wie Messartefakte im Zusammenhang mit der Sekundärionen-Massenspektrometrie identifiziert und gelöst werden können, sowie realistische 3D-Verteilungen von Verunreinigungen/Dotierstoffen in Festkörpermaterialien erhalten werden können.

3D-Tiefenprofilrekonstruktion von segregierten Verunreinigungen mittels Sekundärionen-Massenspektrometrie

Wir bieten einen allgemeinen Überblick über quantitative Mikroanalysemethoden zur Schätzung der Standortbelegung von Verunreinigungen und deren chemischen Zuständen, indem wir Elektronenkanalisierungsphänomene unter einfallenden Elektronenstrahl-Gesteinsbedingungen nutzen, die zuverlässig Informationen von Minderheitenarten, Lichtelementen, Sauerstoffleerständen und anderen Punkt-/Linien-/Planardefekten extrahieren.

Quantitative Atom-Standortanalyse von funktionellen Dopants/Punktdefekten in kristallinen Materialien durch Elektronenkanaling-verstärkte Mikroanalyse

Diese Arbeit stellt ein dreidimensionales virtuelles Simulationsexperiment für Materialverformung und -versagen vor, das visualisierte experimentelle Prozesse liefert. Durch eine Reihe von Experimenten können sich die Benutzer mit den Geräten vertraut machen und die Bedienung in einer immersiven und interaktiven Lernumgebung erlernen.

Ein virtuelles Simulationsexperiment der Mechanik: Materialverformung und -versagen anhand der Rasterelektronenmikroskopie

In dieser Arbeit stellen wir ein Protokoll zur Bewertung der Oberflächeneigenschaften von endodontischen Nachbehandlungsfeilen nach wiederholter Verwendung in Nachbehandlungsverfahren vor, wobei die Rasterelektronenmikroskopie zur Identifizierung und Analyse potenzieller Oberflächendefekte verwendet wird.

Rasterelektronenmikroskopische Bewertung von Oberflächendefekten von Entferner-Nachbehandlungsakte nach einmaliger und mehrfacher Verwendung

Hier beschreiben wir einen Arbeitsablauf mit Hilfe der Laserscanning-Mikroskopie, um das Volumen zu bestimmen, das durch eine zu testende Metallleitung elektromigriert wird. Durch die Variation verschiedener experimenteller Variablen kann eine Vielzahl von Informationen über die Elektromigration gewonnen werden. In dieser Arbeit wird die Dauer des Beginns der Elektromigration bestimmt.

Verwendung der Laserscanning-Mikroskopie zur Bestimmung der Elektromigration in Molybdändisilizid

Erfahren Sie die Charakterisierung ausgedehnter Defekte in Halbleitermaterialien mittels Rasterelektronenmikroskop. Diese Methoden ermöglichen die Analyse optischer, elektrischer und struktureller Eigenschaften für die Halbleiterforschung.

Umfassende Charakterisierung von ausgedehnten Defekten in Halbleitermaterialien durch ein Rasterelektronenmikroskop

Weitere Videos entdecken