주 사형 전자 현미경으로 반도체 재료의 확장 된 결함의 포괄적 인 특성

여기에 제시된 방법의 전반적인 목표는 주사 전자 현미경을 사용하여 반도체 재료의 전위 또는 결정립계와 같은 확장된 결함의 광학적, 전기적, 구조적 특성을 결정하는 것입니다. 이러한 방법은 확장된 결함은 마이크로 전자 장치 및 태양 전지 재료의 성능에 큰 영향을 미치기 때문에 반도체 분야의 주요 질문에 도움이 될 수 있습니다. 주사 전자 현미경 사용의 장점은 실온에서 매우 낮은 온도까지 하나의 샘플에서 확장된 결함의 다양한 물리적 특성을 연구할 수 있다는 것입니다.

반도체에서 확장된 결함의 광학적 특성에 대한 통찰력을 제공하는 음극선 발광은 광물과 같이 약간만 발광하는 물질을 연구하는 데에도 적용될 수 있습니다. 전자에 새로운 배심원 드릴에서는 변형률 분석을 위한 후방 산란 회절이 분획 패턴 품질 및 전자빔 안정성과 관련된 문제로 인해 어려움을 겪을 수 있습니다. 시작하려면 60도로 미리 기울어진 샘플 홀더를 금속 소켓에 장착합니다.

그런 다음 샘플 홀더에 0.5mm 두께의 인듐 호일 조각을 놓고 깨끗한 샘플을 그 위에 놓습니다. 그런 다음 소켓을 가열판에 놓습니다. 가열판을 켜고 소켓을 섭씨 150도까지 가열하여 인듐 호일을 연성으로 만듭니다.

가열되면 샘플을 인듐 호일에 고정하기 위해 나무 이쑤시개로 샘플을 1초 동안 누릅니다. 그런 다음 가열판을 끄고 약 30분 동안 시스템을 냉각시킵니다. 먼저 집광 타원형 거울을 주차 위치에서 주사 전자 현미경(SEM)의 측정 위치로 이동합니다.

그런 다음 직접 밴드 갭 전이가 있는 테스트 샘플을 스테이지에 장착합니다. 컬럼 챔버 밸브가 열릴 때까지 챔버를 비웁니다. 이 시간 동안 함께 제공되는 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 이미징 매개변수를 설정합니다.

2차 전자로 이미징하기 위해 everhart-thornley 검출기를 사용하십시오. 다음으로, 15mm의 작동 거리에서 전자빔이 샘플 표면에 집중될 수 있을 때까지 스테이지를 극 조각 쪽으로 이동합니다. 그런 다음 광전자 증배관의 고전압 전원 공급 장치와 음극선 발광 제어 프로그램이 있는 노트북을 켭니다.

음극선 발광 제어 프로그램에서 시간 대비 광전자 증배관 신호의 측정을 선택하고 대비를 최대로 설정하고 밝기를 46%로 설정합니다.그런 다음 거울을 기울이고 회전하여 테스트 샘플의 적분 음극선 발광 강도를 최대화하도록 집광 거울을 조정합니다. 음극선 발광 제어 프로그램을 사용하여 테스트 스펙트럼을 기록합니다. 설정이 완료되면 샘플 챔버를 환기시키고 테스트 샘플을 제거한 다음 실제 샘플을 인듐 호일에 장착하여 샘플 홀더에 장착합니다.

또한 SEM 챔버를 비우고 함께 제공되는 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 SEM 시스템에 극저온 부착물을 만듭니다. 또한 액체 헬륨용 튜브를 액체 헬륨 듀어에 삽입하고 헬륨 전달 튜브의 출구를 극저온 단계의 극저온 가스 입구와 연결합니다. 다음으로, 다음과 같이 전자빔 파라미터를 설정합니다.

그런 다음 스테이지를 폴 피스 쪽으로 이동하고 everhart-thornley 검출기를 사용하여 15mm의 작동 거리에서 샘플 표면에 전자빔을 집중시킵니다. 샘플 표면에서 관심 영역을 선택하고 전체 냉각 절차 동안 이 영역을 지속적으로 스캔합니다. 냉각 절차를 시작하려면 기술 매뉴얼에 따라 가장 낮은 목표 온도와 PID 제어를 위한 적절한 매개변수를 온도 컨트롤러에 입력하십시오.

그런 다음 액체 헬륨 전달 튜브의 밸브를 엽니다. 냉각 절차 중에 온도와 압력을 주의 깊게 모니터링하십시오. 목표 온도에 도달한 후 초점이 맞춰진 이미지를 위해 15mm의 작동 거리를 다시 설정합니다.

또한 실제 샘플에서 최대 적분 음극선 발광 강도를 얻을 수 있도록 집광 미러의 조정을 수정하십시오. 다음으로, 정지 및 스펙트럼 영역에 적절한 값을 설정합니다. 또한 스텝 폭을 5나노미터로, 측정 지점당 시간을 5초로, 슬릿 폭을 2mm로 설정합니다.

제어 소프트웨어를 사용하여 샘플의 음극선 발광 스펙트럼을 기록하고 나중에 분석할 수 있도록 파일을 저장합니다. 다음으로, pancromatic cathodoluminescence 이미징을 위해 monochromator에서 평면 미러를 선택하고 단색 cathodoluminescence 이미징을 위해 특정 파장에서 blaze grading을 선택합니다. 그런 다음 이미지의 작은 창에서 밝기 및 대비 값을 광전자 증배관 신호의 이미지 회색 값 의존성의 선형 범위로 조정합니다.

마지막으로, 201, 000 사이의 배율의 경우 스캔 속도를 픽셀 평균과 결합된 최저 속도인 14로 설정하거나 20라인 이상의 라인 평균과 결합된 더 높은 속도인 8로 설정합니다. 결과 이미지를 기록하고 나중에 분석할 수 있도록 저장하십시오.amp여기에 표시된 D1 및 D4에 대해 표시된 서로 다른 D 라인의 발광의 국소 분포를 비교하기 위한 예로 사용합니다. 교차 상관 전자 후방 산란 회절의 경우, 샘플 표면이 홀더와 평행하도록 하여 샘플 홀더에 샘플을 장착합니다. 그런 다음 샘플을 삽입하고 컬럼 챔버 밸브가 열릴 때까지 SEM 챔버를 비웁니다.

여기에 표시된 이미징 매개변수를 사용하여 약 25mm의 작동 거리에서 샘플 표면에 전자빔의 초점을 맞춥니다. 그런 다음 X축을 중심으로 샘플을 69도 기울이고 18mm의 작동 거리를 설정합니다. 다음으로, 전자빔 가속 전압을 전환하고 컬럼 챔버 밸브를 닫습니다.

그런 다음 전자 후방 산란 회절 검출기의 전원 공급 장치를 켜고 검출기를 주차 위치에서 측정 위치로 이동합니다. 시료 표면의 관심 영역에 전자빔의 초점을 다시 맞춘 다음 전자 후방 산란 회절 소프트웨어를 열고 선택한 형상에 대한 보정 파일을 로드합니다. 단결정 샘플을 회전하는 동안 낮은 배율에서 백그라운드 수집을 수행합니다.

사용 설명서에 따라 제어 소프트웨어에서 측정을 설정하십시오. 그런 다음 제어 소프트웨어에서 선택한 작동 거리에 대한 패턴 중심의 위치와 검출기 거리를 읽습니다. 빔 안정화 및 전자빔의 최종 재초점 후, 스케줄링 라인은 관심 영역의 틸트 축과 평행하게 스캔합니다.

측정 속도를 높이기 위해 인덱싱이 비활성화된 빔 매핑을 사용합니다. 모든 이미지 저장을 선택해야 합니다. 마지막 스캔이 완료될 때까지 라인 스캔을 실행하여 내부 변형으로 인해 약간 다른 회절 이미지를 제공합니다.

그런 다음 전자빔 가속 전압을 끄고 컬럼 챔버 밸브를 닫습니다. 마지막으로, 전자 후방 산란 굴절 검출기를 측정 위치에서 공원 위치로 후퇴시킵니다. 무대를 다시 0도로 기울이고 챔버를 환기시키고 샘플을 제거합니다.

여기에 표시된 이미지는 인듐 호일에서 실리콘 결정의 적절한 위치에 대한 예입니다. 이는 열전대에 의해 온도가 측정되는 cryosample 홀더에 대한 우수한 열 접촉을 보장합니다. 4 Kelvin에서 실리콘 단결정의 음극선 발광 스펙트럼은 처녀 상태, 소성 변형 후 및 추가 어닐링 후의 샘플과 함께 표시됩니다.

스펙트럼의 특징적인 피크는 대역 간 전이의 경우 B-B로, 전위 유도 발광 대역의 경우 D1에서 D4로 표시됩니다. 대조적으로, 후방 산란 전자에 의한 이 이미지는 고에너지 전자빔에 의한 처리 후 나타난 재결정화된 물질의 트랙이 있는 실리콘 웨이퍼를 보여줍니다. 점 1, 2, 3에서 측정된 음극선 발광 스펙트럼의 차이는 재결정화 중에 유도된 확장된 결함으로 인해 발생합니다.

재결정화 트랙 앞에 있는 라인 스캔을 따라 국소 변형률 텐서의 3개의 수직 변형률 성분과 3개의 전단 변형률 성분은 교차 상관 전자 후방 산란 회절 조사에서 계산되었습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 결정질 반도체 재료에서 음극선 발광 조사 및 교차 상관 전자 후방 산란 회절을 수행하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 개발 후, 교차 상관 전자 후방 산란 회절 기술은 repertrus가 결정질 물질의 균질성 및 격자 회전에서 매우 작은 변형을 분석할 수 있는 길을 열었습니다.

액체 헬륨 및 액체 질소와 같은 극저온을 사용하는 것은 매우 위험할 수 있다는 것을 잊지 마십시오. 그리고 이러한 단계를 수행하는 동안 보호 안경 및 보호 장갑 착용과 같은 예방 조치를 항상 취해야 합니다.