Name: 주 사형 전자 현미경으로 반도체 재료의 확장 된 결함의 포괄적 인 특성 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-05-28T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 14 s
Description: 배우세요 주사전자현미경을 이용한 반도체 재료의 확장 결함 특성화 방법을. 광학적, 전기적, 구조적 특성 분석을 통해 마이크로전자 소자 및 태양전지 재료의 성능에 미치는 영향을 이해할 수 있습니다.

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독일 연구 재단(DFG)이 Research Training Group 1621의 틀 내에서 이 작업을 지원한 것에 대해 Paul Chekhonin은 감사의 뜻을 표합니다. 모든 저자는 액상 재결정화를 보여주는 전자빔 처리 Si 샘플을 제공한 Dietmar Temmler(Fraunhofer FEP Dresden)에게 감사를 표합니다. SEM 장비 및 EBSD 설정을 위한 수치를 준비해 주신 Stefan Saager와 Jakob Holfeld에게 특별한 감사를 드립니다. 이 작업에 대한 자세한 토론과 도움을 주신 Michael Stavola에게 감사드립니다.

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주사 전자 현미경은 반도체 재료 확장 된 결함의 위치뿐만 아니라 ccEBSD, CL 및 EBIC 조사의인가함으로써, 구조의 광학 및 전기적 특성을 특성화 할 수있는 가능성을 제공한다. 일반적으로, 동일한 샘플에서 동시에 세 가지 방법을 수행하는 것은 불가능하다. 적당한 순서로 수행되는 경우에는, 다른 상보 조사 방법에 의해 얻어진 결과의 조합, 확장 결함으로 인한 효과의 물리적 특성의 더 깊은 이해를 이끈다. 확장 된 결함의 광학 특성에 관한 정보를주는 CL 측정을 위해, 프로토콜의 중요한 단계는 샘플 위치 결정 절차는 잘 보장 인듐 포일의 가열시 인한 시료의 결함 원하지 어닐링 (단계 1.6) (인 샘플 홀더 샘플의 열적 및 전기적 접촉). 제안 된 절차에 대한 대안실온에서 전도성 실버 페이스트하여 샘플 홀더에 샘플을 장착하는 것입니다. 그러나, 경험으로는 페이스트 중의 유기 용매는 SEM의 스캔 중에 시료 표면에서 탄소 오염을 일으킬 수있는 것으로 알려져있다. 오염은 CL 이미지 품질뿐만 아니라 EBSD의 회절 패턴을 저하시킨다. 또한, 단계 4.21 실리콘의 발광 강도의 급격한 상승은 샘플의 다운 냉각시 발생하는 특별한주의를 필요로한다. 이는 광전자 증 배관의 성능을 손상시킬 수 있습니다. 예비 미러 얼라인먼트에 RT에서 테스트 샘플에 대해 수행 되었기 때문에 반대로, 실제 샘플에 대한 예상치 못한 낮은 발광 강도의 경우에, 하나의 집광 미러 (프로토콜 번호 4.23)의 조정을 개선하기 위해 노력해야 파장의 약간 다른 범위. 방법의 수단이 제한에 관하여, 하나는 고려로 쉽게 이동할 수 있습니다 매우 낮은 temperat에서시료와 스테이지만을 연구중인 샘플의 영역을 제한하는 X 및 Y 방향으로 ± 5mm로 이동 될 수 URES. 이러한 제한은 그 전달 튜브의 취성 파괴의 위험 때문이다. 1.1 및 1.2에 주어진 극저온 실험 샘플 크기는 실험 조건에 의해 제한됩니다. 그래서 시료의 표면적 방열판 최적의 열 접촉을 보장하기 위해 샘플 홀더의 크기를 조정해야한다. 실리콘 시료의 낮은 추천 두께는 극저온 실험 샘플의 온도 구배를 제한한다. 200 ㎛의 시료 두께, 표면 영역의 차 전자에 대한 상호 작용 부피의 중심 온도는 샘플 홀더의 표면에서 측정 된 온도에 비해 5 미만 K에 의해 증가되는 것으로 밝혀졌다. 높은 스캔 속도와 단계 4.5과 4.17의 냉각 과정 만 제안 낮은 배율, 토륨을 확인관심의 전자 영역은 청결하게 유지한다. 이는, SEM 챔버 내의 잔류 가스의 응축 트랩 역할 샘플 영역의 나머지 부분의 온도보다 항상 약간의 온도를 유지하고, 주사 전자 빔에 의한 열 전달이다. 일반적으로, CL 분광기를위한 단계 4.24에 나열된 모든 매개 변수는 장비 목록에 따라 설정 실험에 의한 벌크 실리콘의 소위 D 라인 발광의 측정에 최적화되어 있습니다. 발광의 조사는 다른 반도체 재료에 대해 수행되어야하는 경우 파라미터는 적응해​​야한다. 관찰되는 발광의 에너지 범위에 관계없이 전체 재조합 대량 복사 재결합 과정에서 나오는 빛을 따라서 미러에 의해 수집하고 있기 때문에 집광 미러로부터 CL 측정 결과의 또 다른 한계는 대응하는 그레이 값을 결정 어사 인 CL 이미지 화소시료 표면의 전자 빔의 위치 ED. (여기 볼륨 비교할) 재조합 부피의 직경도 저배율에서의 픽셀 사이즈보다 크기 때문에,이 효과는이 때문에, 공간 분해능을 제한 발광 신호의 공간 번짐이 발생하고. 그럼에도 불구하고, CL 조사는 매체 스펙트럼 해상도 모노 또는 전정 색 발광의 지역 분포의 영상을 가능하게하고 더 높은 스펙트럼 해상도를 제공하는 광 발광 조사와 결합 될 수있다. 다른 실험 방법은 측정 CL로서 최근, 탈구와 관련된 광 발광의 현미경 및 분광 매핑은 타지 마와 동료 (26)의 그룹에 의해 제안되었다. 포토 루미 맵핑의 공간 해상도가 이미지 CL보다 명확 낮지 만 광 발광 조사 별도로 깊은 수준의 발광 밴드 corre 편광 허용전위 생태계의 변화를가 져 온다는 트위스트 및 틸트 구조 27,28와 LAGBs 결정한다. 확장 된 결함의 전기적 특성에 대한 통찰력을 제공 EBIC 조사의 경우, 상대적으로 공간 해상도와 반도체 물질의 국소 변화 전하 수집 효율의 영상에 대한 대체 방법이 없다. 그러나, 또한 EBIC 측정을 위해 중요한 단계는 프로토콜에 포함되어 있습니다. 그래서 스텝 5.13으로 감소하는 온도에 EBIC 화상의 변화량 확장 결함의 온도​​ 의존 특성에서 발생할 것으로 예상된다. 다만, 접점의 품질 RT의 온도에서 변화 할 수 있고, 따라서 EBIC 이미지에 영향을 미친다. 온도 때문에 실리에서 컨택트 층을 분리 열팽창의 다른 계수의 n 형 실리콘의 경우에는 p 형의 경우, 또는 Au와 Al을 적절한 층으로 이루어지는 쇼트 키 접촉에 영향n 개의 기판. 또한, 갈륨 인듐 공정에 의해 오믹 접촉 (160) K. 보통 온도에서 안정하지 접촉 품질의 저하가 리드 강하게 큰 면적에 EBIC 신호를 감소시켰다. 이 경우에, 연락처 갱신되어야한다. RT에서 EBIC 조사를 들어, 상기 EBSD 측정을위한 접촉 적합한 캐리어 기판에 샘플을 접합함으로써 제조 될 수 있다고도 생각할 수있다. EBIC 측정하는 또 다른 수단이 제한은 시료 표면 위의 콘택트 팁 홀더의 돌출에 의해 발생된다. 접촉 팁 홀더와 WD 적어도 15mm이어야 SEM의 폴 피스 간의 충돌을 방지한다. 확장 된 결함의 장거리 변형 장을 추정하는데 사용될 수 ccEBSD 조사하기위한 실험 절차에서, 다음 단계가 중요하다. 실험의 가장 어려운 부분은 샘플 준비, 특히 마지막 폴리싱 절차 (p 인보유 rotocol 번호 3.1) 추가의 표면 결함의 발생을 방지하기 위해주의 깊게 수행되어야한다. 더 키쿠치 패턴을 얻을 수없는 경우, 시료 표면의 품질은 종종 충분하지 않다. 그러나, 소성 변형 후의 표면 슬립 라인 실리콘 단결정에서 좋은 회절 패턴 ccEBSD 평가 절차 적합이었다 얻을 수 있었다. 이들 샘플의 표면 거칠기 내지 500nm까지의 범위의 높이 편차를 산출 원자력 현미경에 의해 분석 하였다. 따라서, 매우 높은 내부 변형 또는 비정질 표면층 흐리게 회절 패턴보다는 시료 표면의 불완전한 평활성을 담당 할 것으로 보인다. 또 다른 문제는 배경에 비해 간섭 성 산란 전자로부터의 로우 신호가 될 수있다. 이어서 일정한 가속 전압 및 / 또는 배경 신호의보다 정확한 판정 (프로토콜 스텝 번호 6.12) (A)에서, 프로브 전류의 증대도움이 다시. 오래 지속 ccEBSD 측정시 샘플의 움직임을 최소화하는 것이 기계적으로 샘플을 수정하는 것이 좋습니다 (프로토콜 번호 3.2). 입사 전자 빔을 시료 표면의 상대적인 틸트는 스테이지의 경사에 의해 실현되는 경우 ccEBSD 조사에 대한 쓸모 제한이 발생할 수있다. 인하여 폴 피스와 챔버 벽과 충돌 위험에 대한 샘플의 움직임에 대한 강한 제한은있다. 또한, 강하게 인해 샘플의 오류, 우선, 수직 주사 내부 균주 거액 오차가 있기 때문에 (따라서 SEM 화면에 가로로 표시), 틸트 축에 평행 한 경우에만 라인 스캔을 사용할 것을 권장 경사. 둘째, EBSD 중에 가로 해상도는 직교보다 경사 축의 이상 (70 ° 기울기에 대해 3 요소)이다. ccEBSD 조사에서의 Si에 대해 계산 된 변형률 텐서 성분의 값의 하한은 약2 × 랜덤 오류 -4. 또한 ccEBSD 기법 기준점을 참조하거나 상이 곡물 EBSD 패턴 중첩 입계에 매우 가까운 큰 격자 회전 (&gt; 39 °)의 존재하에 적용될 수 없다는 것을 강조한다. 스트레인 판정 공간 해상도 관한 ccEBSD 조사의 물리적 제한은 샘플 경사 축을 따라 약 50 나노 미터였다 전자 회절의 범위에 기인한다. 내부 변형의 결정에 대한 X 선 회절 실험과 비교하여, 이는 심지어 X 선 회절 μ의 경우 X 선의 상당히 큰 상호 작용 부피의 명백한 장점이다. 반도체 재료 들어 polarscope 의한 굴절율 등방성의 섭동의 조사는 또한 내부 응력의 측정에 적용 할 수 있지만,이 방법의 공간적 해상도보다 낮은몇 백 29을 내지. 결정의 공간 분해 입체 변형 상태를 결정하기위한 다른 방법은 고차 라우 영역 (HOLZ) 행의 분할에 기초한다. 이 방법은 전자 간섭계 (30)에 대한 전자 biprism를 사용하여, 투과형 전자 현미경 (TEM)으로 수행되어야한다. 그러나, SEM에서 ccEBSD 조사 대조적으로, TEM 조사 이완 효과로 인한 내부 변형을 변경 시료에서 박의 제조를 필요로한다. 향후 연구에서 ccEBSD 측정은 낮은 온도에서 수행 될 것이다. 이것은 동일한 확장 된 결함에, 또한 동일 온도에서뿐만 아니라, 조사 께, 구조의 광학 및 전기적 특성을 허용한다.

이것은 결함 반도체 재료 1-3의 전자 구조에 영향을 미치는 확장 수십 년 동안 공지되어왔다. 전자 장치 및 이러한 센서 및 태양 전지 재료와 같은 다른 애플리케이션의 성능에 결함 확장의 효과는 광범위한 실험 및 이론적 연구 중이다. 그럼에도 불구하고, 확장 된 결함의 존재하에 반도체의 전자 상태의 계산에 대한 일반적으로 수용되는 이론은 없다. 이것은 이상적인 결정 격자의 편차의 경우와 같은 형태와 확장 된 결함의 구성에 관한 많은 다양성뿐만 아니라 그들 사이 및 0 희미한 극한과 함께 가능한 조합에 대한 전자 구조 계산의 복잡성에 기인 외부 결함. 확장 된 결함의 주요 유형은 전위 (1 차원 결함) 및 입계 (2 차원 결함)입니다. 이하에서, 우리는 공동주사 전자 현미경 (SEM)으로 수행 될 수있는 실험 조건으로 연장 결함 이러한 유형의 모두 ncentrate. 여기에 제시된 실험 방법에 따라서, 구조의 광학 및 전기적 결함의 확장 된 속성 및 확장 된 결함을 포함하는 반도체 재료의 전자 상태의 간접적 인 기술에 대한 정보를 제공한다. 결함 관련 전자 상태의 제어는 반도체의 응용 및 반도체 장치의 동작을위한 핵심 문제이다. 확장의 구조 결함 조사, 전자 후방 산란 회절 (EBSD) 기법을 적용 할 수있다. 일반적 EBSD 측정은 각 지점에서 고정 전자선 점 매핑함으로써 수행된다. EBSD는 단결정 재료의 경우, 다결정 재료의 입자의 샘플의 결정 격자의 결정 방위에 대한 정보를 산출한다. FOR 키쿠치 밴드에 의해 형성되는 실험적으로 결정 회절 패턴이 이러한 목적은 재료의 결정 공간 군으로부터 결정된 시뮬레이션 된 패턴들과의 비교에 의해 분석한다. 방위 데이터의 평가 용 소프트웨어가 인접 맵핑 점의 결정 좌표계 사이의 탈각 각도를 계산할 수있는 경우, 그들 사이의 입계의 유형을 결정할 수있다. 탈각 각도는 15 °보다 작은, 낮은 각도 입계 (LAGB) 존재하는 경우; 그렇지 않으면 높은 각도 입계 (HAGB)입니다. HAGB의 유형은 Σ -1 우연의 일치 격자에 누워 격자 점의 비율 자사의 Σ 값을 특징으로한다. 높은 대칭 트윈 경계 4 그래서, Σ = 3 스탠드. 시료 표면의 두면에 대한 EBSD 매핑은 매핑의 위치에 대한 정확한 지식은 결정립계면의 종류 w로 측정 할 수 있다면i 번째 밀러 HKL도 랜들 (5)에 의해 제안 된 방법에 의해 평가 될 수와 indices. 최근, 전자 회절 패턴의 평가를위한 새로운 절차 윌킨슨 등에 의해 산출 하였다. 전체 로컬 변형률 텐서의 모든 성분의 계산을 허용 6 예. 절대 세 수직 변형의 값과 세 전단 변형 구성 요소. 이 계산은 동일한 결정 방위와 결정 변형되지 않은 영역에 촬영 기준 패턴에 대한 상응하는 회절 패턴으로부터 매핑 각 측정 포인트에 대해 수행된다. 이 평가 절차는 이름 ccEBSD 제공 상호 상관 기법을 이용한 EBSD 패턴의 특징적인 작은 변화의 결정에 기초한다. 선택된 기준점에 대하여 상기 변형 요소 및 격자 회전은 10-4 0.006 &amp; #의 정밀도로 측정 할 수있다176 ;, 각각 7. 라인 ccEBSD 측정을 적용하여 입계를 통해 스캔 또는 전위의 배열에 따라, 하나는 로컬 양뿐만 아니라 이러한 확장 결함의 왜곡 필드의 범위를 결정할 수있다. 전위 및 입계의 광학적 특성은 분광 이미징 음극선 발광 (CL) 기술에 의해 조사 할 수있다. 발광 신호는 SEM의 차 전자 빔에 의해 반도체 물질로 생성되는 전자 - 정공 쌍의 복사 재결합에 의해 발생된다. 발광의 강도는 방사 재결합시에 총 소수 캐리어 수명의 비율 방사 재결합 효율에 비례한다. 이 비율이 결함에 의해 국부적으로 영향을 때의 발광 분포의 콘트라스트 CL 이미지에서 관찰 될 수있다. 일반적으로, 확장 된 결함 비방 재결합 센터 따라서, L의 역할밴드 대역 재결합 uminescence가 흐트러 반도체에 비해 확장 된 결함 부근에서 감소된다. 그러나 전위에서뿐만 아니라, 입계의 실리콘, 게르마늄, 일부 화합물 반도체 재료의 경우에는, 특성, 발광 밴드가 (직접 또는 간접) 대역 간 재조합보다 낮은 광자 에너지를 도시 관찰 벌크 재료 8-10인치 예를 들어, 결합 실리콘 웨이퍼 및 세키구치 및 동료 11-13으로 다결정 실리콘의 광범위한 CL 조사는 전위와 LAGBs는 밴드 갭 얕은 깊은 수준의 발생에 대한 책임이 있습니다 것으로 나타났습니다. 해당 복사 전환은 CL 스펙트럼의 D 라인으로 표시된다. 그럼에도 불구하고, 산소 침전 및 전이 금속 불순물에 의한 전위의 배치 및 전위 오염을 수반하는 변형 필드의 역할은 여전히​​ interpretat에 대한 논란d 선 발광 이온. 뚜렷한 확장 결함에 발광 선 에너지 위치의 할당을 성공적으로 제조 될 수 있다면, 그 발광 스펙트럼이 특정 라인의 발생이 결함이 존재하는 신호로 간주 될 수있다. 발광 강도를 높이기 위해, 즉. 상기 비방 것과 관련 방사 재결합은 CL 조사 간접 밴드 구조를 갖는 반도체 물질의 저온 (극저온 CL)에서 수행되어야한다. 여기서 고려 확장 결함의 전기적 특성은 SEM에서의 전자 빔 유도 전류 (EBIC)를 묘화 특징으로한다. 차 전자선에 의해 생성 된 전자 - 정공 쌍은 내장 전계에 의해 분리되는 경우에 전류는 관찰 될 수있다. 이 필드는 확장 된 결함 자체의 전위에 의해 또는 샘플 표면에 쇼트 키 접촉에 의해 발생 될 수있다. EBIC 이미지전기적으로 활성으로 인해 결함에서 다양한 재조합 동작 전하 수집 효율의 국소 변화의 결과를 대비. 그들은 결함이없는 지역보다 EBIC 이미지의 어두운 나타나도록 확장 된 결함은 일반적으로 증가 캐리어 재결합을 보여줍니다. 결함 (14)의 물리적 기초 모델의 프레임 워크에서 콘트라스트 프로파일 불리는 EBIC 신호의 공간 의존성을 정량적 평가 소수 캐리어 확산 길이의 수명의 판정뿐만 아니라, 표면 재결합 속도를 가능하게한다. 이러한 매개 변수는 온도에 따라 달라 지므로, EBIC 조사도 잡음비 개선 된 신호를 얻기 위하여 저온 (극저온 EBIC)에서 수행되어야한다. 대안 적으로, 온도 의존 EBIC 측정 Kittler 동료 15,16 의해 제안 된 모델에 따른 전위로 깊은 수준의 불순물의 농도의 측정을 가능하게한다. (17)에 의해 크게 좌우 될 수 있음을 주목해야한다. 그러나, 실험 방법 ccEBSD, CL 및 EBIC의 조합은, 확장 결함을 가시화하고 SEM 그들의 기본 속성을 정량화 할 수있는 기회를 제공한다. 미래의 어플리케이션뿐만 아니라, 고장 분석뿐만 아니라 관리 및 결함 공학 의도되는 결함이 강력한 툴은 반도체 장치의 성능의 향상에 중요한 역할을한다.

<table><tbody><tr><td>극저온 액체:&nbsp; &nbsp; &nbsp;</td><td>Linde http://www.linde-gas.de, Air Liquide http://www.airliquide.de/</td><td></td><td></td></tr> <tr>액체 <td>헬륨 (LHe)</td><td></td><td></td> <td>저온 유지 장치</td></tr> 냉각용 <tr><td>액체 질소 (LN2)</td><td></td><td></td> <td>PMT R5509-73</td></tr><tr><td>인듐 와이어</td><td>chemPUR http://chempur.de/&nbsp 냉각</td>;<td>900898</td><td>CL 시료 전처리: 저온 유지 장치와 시료 Mica plano GmbH http://www.plano-em.de/&nbsp 사이의 우수한 전기 및 열 결합</td></tr><tr><td></td><td>을 위해;</td><td></td><td>EBIC 샘플 홀더의 V3 절연 및 cryostat</td></tr><tr><td>알루미늄 와이어, 금 와이어</td><td>chemPUR http://chempur.de/&nbsp 에</td> 대한 우수한 열 커플 링;<td>009013, 900891</td><td>순도 99.99%, EBIC 측정을 위한 쇼트키 접촉 형성을 위한 재료</td></tr><tr><td>인듐-갈륨 공융 용액</td><td>알파 Aesar&nbsp;</td><td>12478</td><td>EBIC 측정을 위해 시료 뒷면에 옴 접촉을 형성합니다</td></tr>.<tr><td>액체 화학 물질VLSI Selectipur &nbsp;( 탈이온수, 아세톤, 에탄올)</td><td>VWR</td><td>52182674, 51152090</td><td>샘플 준비를 위해: 세척 및 표면 처리</td></tr><tr><td>수소불산</td><td>VWR</td><td>1,003,382,500</td>이 <td>조사 직전에 실리콘 샘플의 표면 산화물층을 제거하는 데 필요; 안전 예방 조치를 따르십시오!&nbsp;</td></tr><tr><td>MicroCloth</td><td>Buehler http://www.buehler.com/&nbsp;</td><td>40-7222</td><td>연마 천</td></tr><tr><td>MasterMet 1 (0.02 &마이크로; m)</td> <td>Buehler http://www.buehler.com/&nbsp;</td><td>40-6380-006</td><td>SiO2 연마 현탁</td></tr>액 <tr><td>주사 전자 현미경(SEM)</td><td>Carl Zeiss AG http://www.zeiss.de/microscopy/&nbsp;</td><td>울트라 55</td><td>필드 방출 총</td></tr><tr><td>SEM-CL 시스템</td><td>EMSystems</td><td></td><td>사용자 정의, 다음 장비는 CL 시스템에 속합니다 :</td></tr><tr><td>&nbsp; 저온 유지 장치</td><td>Kammrath & 와이스 http://www.kammrath-weiss.com&nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>KONTI cryostat</td><td>Cryovac http://www.cryovac.de/</td> <td>3-06-4609C-7674</td><td>샘플 냉각</td></tr><tr><td>액체 He 이송 라인 KONTI cryostat</td><td>Cryovac http://www.cryovac.de/</td> <td>3-01-3506C-SO</td><td></td></tr><tr><td>극저온 온도 컨트롤러</td><td>Cryovac http://www.cryovac.de/</td> <td>TIC-304 MA</td><td>는 극저온</td></tr><tr><td>광전자 증배관(PMT)의 유량을 제어합니다.;</td><td>NIR 스펙트럼 범위용</td> <td>Hamamatsu http://www.hamamatsu.com</td><td>R5509-73</td>&nbsp;</tr><tr><td>PMT 하우징 및 쿨러</td><td>Hamamatsu http://www.hamamatsu.com</td><td>C9940-2</td><td></td></tr><tr><td>HV 전원 공급 장치&nbsp;</td><td>Heinzinger electronic GmbH http://www.heinzinger.de/</td> <td>PMT</td>모노크로메이터 작동을 위한 <td>LNC 3000-10 neg</td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>Sol Instruments Ltd. http://www.solinstruments.com</td><td>MS2004i</td><td></td></tr><tr><td>PMT&nbsp;</td><td>하마마츠 http://www.hamamatsu.com</td><td>R3896</td><td>가시 스펙트럼 범위</td></tr><tr><td>CCD 디지털 카메라&nbsp;</td><td>가시 스펙트럼 범위를 위한</td> <td>Proscan GmbH, Proscan Special Instruments Ltd. http://www.proscan.de</td><td>HS 101 H</td></tr><tr><td>제어 프로그램</td><td>Proscan GmbH, Proscan Special Instruments Ltd. http://www.proscan.de</td><td>CCD 또는 PMT 검출기로 스펙트럼 CL 측정을 제어하기 위한</td><td>PSI 라인</td></tr><tr><td>노트북</td><td>Dell</td><td>Latitude 110L</td><td>하드웨어 제어 프로그램 실행을 위한</td></tr> 하드웨어<tr><td>&nbsp; LHe dewar</td><td>cryotherm http://www.cryotherm.de/</td> <td>Stratos 100 SL</td><td>컨테이너, cryogenic</td></tr><tr><td>LN2 dewar</td><td></td><td></td><td>컨테이너, cryogenic 보호</td></tr><tr><td>안경</td>, <td>pulsafe</td><td></td><td>보호 장비</td></tr><tr><td>, 보호 장갑</td>, <td>tempex</td><td>Protect line&nbsp; 모드. 4081052</td><td>보호 장비</td></tr><tr><td>가열 테이프</td><td>Thermocax Isopad GmbH http://www.isopad-solutions.com</td><td>IT-TeMS 6</td><td>냉각 중 유연한 호스의 결빙을 방지하거나 줄이기 위한</td></tr><tr><td>다이어프램 펌프&nbsp;</td><td>Vacuubrand GmbH & Co KG http://www.vacuubrand.com</td><td>ME4</td><td>극저온 진공 액세서리의 유량을 제공합니다</td></tr><tr><td>: 플렉시블 호스, 씰, 잠금 링</td><td></td><td></td>, <td>극저온 CL 또는 EBIC 설정 용 커넥터</td></tr><tr><td>시편 전류 EBIC 증폭기</td><td>KE 개발 / Deben http://deben.co.uk/</td> <td>Type 31</td><td>EBIC 전류 측정</td></tr><tr><td>금속 증발 맞춤형</td><td></td><td></td> <td>고진공 챔버EBIC 측정을 위한 쇼트키 접점 형성</td></tr><tr><td>가열판</td><td>Retsch GmbH http://www.retsch.de</td><td>SG1</td><td>CL 시료 준비</td></tr><tr><td>EBSD 검출기 Nordlys</td><td>HKL</td><td></td>은 <td>더 이상 사용할 수 없음; Oxford EBSD 검출기 NordlysMax3 또는 NordlysNano</td></tr><tr><td>EBSD 수집 및 평가 소프트웨어 Channel 5</td><td>HKL</td><td></td>로 대체 가능<td>; Oxford EBSD 소프트웨어 AZtecHKL로 대체 가능</td></tr><tr><td>ccEBSD 프로그램 ccEBSD_v1.07.exe</td><td>사용을 위한 사내 서면 프로그램</td><td></td><td>저자에게 문의하십시오</td></tr><tr>원격 제어 시스템 <td>Carl Zeiss AG http://www.zeiss.de/microscopy/&nbsp</td> <td>와 EBSD 인터페이스</td>;<td></td><td>EBSD 시스템과 SEM 간의 전자빔 제어 및 매개변수 전송에 필요&nbsp; &nbsp;</td></tr><tr><td>Vibromet2</td><td>Buehler, http://www.buehler.com/&nbsp;</td><td>671635160</td><td>진동 연마기</td></tr></tbody></table>

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

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

전위 및 결정립계와 같은 확장된 결함은 마이크로 전자 장치의 성능 및 반도체 재료의 다른 응용 분야에 큰 영향을 미칩니다. 그러나 결함 구조가 밴드 구조를 결정하는 방법, 따라서 확장된 결함의 광학적 및 전기적 특성을 담당하는 전자-정공 쌍의 재결합 거동에 대해서는 여전히 논쟁 중입니다. 본 논문은 주사전자현미경(SEM)을 사용하여 반도체 재료의 확장된 결함의 구조적 및 물리적 특성을 공간적으로 해결하기 위한 조사를 위한 절차를 조사한 것입니다. 대표적인 예가 결정질 실리콘에 대해 제공됩니다. 확장 결함의 발광 거동은 음극선 발광(CL) 측정으로 조사할 수 있습니다. 스펙트럼 및 공간적으로 분해된 정보를 동시에 얻을 수 있기 때문에 특히 가치가 있습니다. 간접 전자 밴드 구조를 가진 실리콘의 경우, CL 측정은 실온에서의 비방사 전이에 비해 복사 재결합 프로세스의 비율이 낮기 때문에 5K까지의 저온에서 수행해야 합니다. 확장된 결함의 전기적 특성을 연구하기 위해 EBIC(Electron Beam Induced Current) 기술을 적용할 수 있습니다. EBIC 이미지는 결함 주변에서 증가된 전하-운반체 재결합으로 인한 결함의 국부적 분포를 반영합니다. EBIC 조사 절차는 실온 및 저온에서의 측정에 대해 설명되어 있습니다. 확장된 결함으로 인해 발생하는 내부 변형장은 교차 상관 전자 후방 산란 회절(ccEBSD)에 의해 정량적으로 결정될 수 있습니다. 이 방법은 샘플 표면의 준비에 필요하고 샘플을 매핑하는 동안 기록되는 회절 패턴의 품질 때문에 까다롭습니다. 세 가지 실험 기법의 공간 해상도를 비교합니다.

반도체 재료의 전위 및 결정립계의 광학적, 전기적, 구조적 특성은 주사 전자 현미경에서 수행된 실험에 의해 결정될 수 있습니다. 전자 현미경은 음극선 발광, 전자빔 유도 전류 및 후방 산란 전자의 회절을 조사하는 데 사용되었습니다.

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

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.

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