הדמיה ניגודיות אלקטרונים תקשור לראפיד III-V Heteroepitaxial אפיון

הרעיון הבסיסי של טכניקה זו הוא להשתמש בתקשור אלקטרונים ובתופעות פיזור אחורי בתוך מיקרוסקופ אלקטרונים סורק כמצב להדמיה מבוססת עקיפה של פגמים גבישיים. באמצעות דפוס תיעול האלקטרונים להנחיה, הדגימה מכוונת בתוך המיקרוסקופ כדי לקבוע תנאי עקיפה של בראג בין אלומת האלקטרונים למישורי הגביש. התוצאה היא תיעול אלקטרונים ובכך תפוקת פיזור גב נמוך.

בתנאי עקיפה, פגמים בגביש יוצרים הפרעות במישורי הסריג המפזרים אלקטרונים מתוך האלומה המתועלת, ויוצרים אזורים מקומיים של אות פיזור אחורי מוגבר. ניתן לדמות ביעילות את תכונות הפגמים הללו על ידי סריקת אלומת האלקטרונים על פני משטח הדגימה ומיפוי אות הפיזור האחורי של האלקטרון. התמונות המתקבלות שוות ערך לאלו המתקבלות באמצעות TEM, אך מופקות רק בשבריר מהזמן, מה שהופך אותה לטכניקת אפיון מהיר רבת עוצמה עם יישומים במגוון רחב של תחומי מחקר של חומרים גבישיים, אפיון פגמים גבישיים ומיקרו-מבנה חשוב ביותר כמעט לכל תחום מחקר חומרים.

זה נכון במיוחד עבור החומרים האלקטרוניים הפוטו-וולטאיים והאופטיים שהקבוצה שלנו חוקרת. השיטה הסטנדרטית המשמשת לניתוח מסוג זה היא TEM, אך בגלל הכנת הדגימה הארוכה לעתים קרובות הדרושה, הכוללת דילול דגימה נרחב, הדבר מוביל לעתים קרובות לאפיון שגרתי, צווארי בקבוק, או האטה, כמו גם בעיות פוטנציאליות הקשורות לנזק לדגימה. היתרון העיקרי של EI הוא שהוא מבוצע במיקרוסקופ אלקטרונים סורק או SEMS scs הם בדרך כלל מכשירים נגישים יותר ומאפשרים גם שימוש בדגימות גדולות בהרבה ובכך אזורי ניתוח גדולים יותר.

באמצעות שיטה זו עבור חומרי המס האפיים שלנו, אנו יכולים להשתמש בדרך כלל כדגימות מגודלות ללא צורך בהכנה אחרת. יש לכך יתרון לא רק בהבטחת שלמות הדגימה ובכך דיוק אנליטי, אלא הוא גם מספק תפוקה גבוהה בהרבה, מה שחוסך זמן ומשאבים. הוצא דגימה בעובי 50 ננומטר של גליום פוספט שגדל על מצע סיליקון מכוון 0 0 1 עבור המכשיר המשמש כאן.

פליטת שדה סורית של FEI, SEM. גודל מדגם של כחמישה מילימטר על חמישה מילימטר מספיק. לאחר מכן, חבר את השבב הקטן לתושבת הדגימה של SEM באמצעות קליפ או דבק מוליך כופף את תא ה-SEM ולאחר מכן הכנס את תושבת הדגימה למחזיק הדגימה.

ודא שגובה הדגימה לא יפריע לגלאי האלקטרונים המפזרים האחורי לפני סגירת דלת ה-SEM. לאחר מכן, שאב את תא ה- SEM והמתן עד שהמערכת תציין שהלחץ נמוך מספיק כדי להתחיל במדידות. עבור לגלאי האלקטרונים המשני דרך תפריט הגלאי.

לאחר מכן הפעל את אלומת האלקטרונים על ידי לחיצה על הכפתור המשויך באזור בקרת האלומה והגדר את מתח ההאצה ל-25 קילו-וולט. לאחר מכן, הגדר את זרם האלומה לחמש, המתאים כאן לכ -2.4 ננו אמפר. באמצעות גלאי האלקטרונים המשני, התמקד בחלקיק או בתכונה קטנה והתאם את מיקוד התמונה על ידי לחיצה ימנית וגרירה אופקית של העכבר על ממשק התוכנה.

לאחר מכן החזק את מקש Shift וגרור אנכית ואופקית להתאמת היון. לאחר מכן, העבר את המדגם למרחק העבודה האנכי. על ידי שינוי הדרגתי של מיקום Z של ה-stage והתאמת המיקוד והנחוץ, כוונן את מיקום Z עד להשגת מרחק עבודה של חמישה מילימטרים.

עבור למצב אלקטרונים פיזור אחורי דרך התפריט הנפתח של הגלאי בממשק התוכנה. לאחר מכן הקטן את ההגדלה להגדרה האיטית ביותר שלה, שהיא בערך פי 27 כאן. לאחר מכן, התאם את התמונה, הניגודיות והבהירות כדי לשפר את הנראות של דפוס תיעול האלקטרונים.

היזהר לא להרוות יתר על המידה את התמונה, התאם את סיבוב הדגימה והטה באמצעות ערכי r ו-t באזור הבקרה של ה-stage כדי לעזור להפוך את התכונות של דפוס התקשור לברורות יותר. בהתאם לדגימה ולמכשיר שבו נעשה שימוש, דפוס התקשור יכול להיות מעט קשה לראות. ביצוע התאמות הטיה וסיבוב של דגימה קטנות המביאות לתנועה היחסית של דפוס התקשור יכול לעזור לספק משהו למשוך את עין המשתמש.

הפעל את סמן הציר האופטי על ידי לחיצה על כפתור היעד, התאם את סיבוב הדגימות והטה כדי ליישר את תחבושת המטרה CCI עם הציר האופטי של SEM כדי להגדיר את תנאי העקיפה הספציפיים שישמשו בהדמיה. זהו שלב המפתח להשגת הדמיית ניגודיות מבוססת עקיפה. על ידי יישור לקצה פס ה-cchi ולא לקו הקוקי או לפס עצמו, נקבע מצב עקיפה אלקטרוני ספציפי שיספק ניגודיות הדמיה לתכונות עם רמות ניגודיות כהות ובהירות כאחד.

לאחר השגת מצב העקיפה הרצוי, הגדל את ההגדלה בסביבות 14, 000 X משמש כאן. מרכז את התמונה על הפגם או התכונה הספציפית הנבדקת, ולאחר מכן התאם את התמונה לבהירות, כולל ניגודיות, בהירות, מיקוד וקיפאון. לאחר מכן, מטב את מצב העקיפה להדמיה מקסימלית.

ניגוד על ידי ביצוע התאמות קטנות לדגימה הטיה אורתוגונלית לרצועת ה-kaci שנבחרה של לא יותר מ-0.2 מעלות פלוס או מינוס, התאם לפי הצורך כדי להשיג ניגודיות מקסימלית. שימו לב שתנועה לכיוון החלק הפנימי של רצועת Kaci תפחית בדרך כלל את הניגודיות היחסית של תכונות בהירות תוך כדי תנועה לכיוון החלק החיצוני של הרצועה. לכיוון קו הקוקי בדרך כלל יפחית את הניגודיות היחסית של תכונות כהות, יתאים את קצב הסריקה לסריקה איטית או ממוצעת על מנת לספק תמונה עם יחס אות לרעש נמוך.

מוצג כאן מונטאז' תמונה של דפוס תקשור אלקטרונים מדגימת הסיליקון של גליום פוספט. כפי שצוין, המיקום היחסי של הציר האופטי SEM על דפוס התקשור קובע את הניגודיות של כל הפגמים הגבישיים שנצפו. במקרה זה, ניתן לראות את רשת הניתוק הלא מתאימה בממשק הסיליקון של גליום פוספיד במגוון תנאי עקיפה שונים.

אלה הם דוגמה לערוץ אלקטרונים. לעומת זאת, תמונות שצולמו מעוביים שונים של גליום פוספיד הגדל על נקעים לא מתאימים של סיליקון נצפות החל מהדגימה בעובי 50 ננומטר, מה שמצביע על כך שהעובי הקריטי עבור סוג דגימה זה הוא איפשהו בין 30 ננומטר ל-50 ננומטר. להלן שני סוגים נוספים של פגמים המודגשים באמצעות תעלת אלקטרונים.

לעומת זאת, הדמיה משמאל היא דוגמאות לחדירת פני השטח, נקעי הברגה, ומימין דוגמה לתקלת ערימה. לאחר שליטה בתקשור אלקטרונים, ניתן לבצע הדמיית ניגודיות בשבריר מהזמן כפי שניתן להשוואה. עבודה TEM עם אפיון מיקרו-מבני שגרתי אפשרי תוך שעה בלבד.

אנו מאמינים שלטכניקה זו יש פוטנציאל להפוך לכלי רב עוצמה לחקר חומרים, ולספק גישה מהירה לנתונים חיוניים שקשה להשיג אחרת.