Electron Channeling Contrast Imaging voor Rapid III-V hetero karakterisatie

Samenvatting

Het gebruik van elektronenkanaliseringscontrastbeeldvorming in een rasterelektronenmicroscoop om defecten in III-V/Si heteroexpitaxiaal dunne films te karakteriseren, wordt beschreven. Deze methode levert vergelijkbare resultaten op als transmissie-elektronenmicroscopie met vlakbeeld, maar in aanzienlijk minder tijd vanwege het ontbreken van vereiste monstervoorbereiding.

Samenvatting

Misfitdislocaties in hetero-epitaxiale lagen van GaP die op Si(001)-substraten zijn gekweekt, worden gekarakteriseerd door gebruik te maken van elektronenkanaalcontrastbeeldvorming (ECCI) in een rasterelektronenmicroscoop (SEM). ECCI maakt beeldvorming van defecten en kristallografische kenmerken mogelijk onder specifieke diffractiecondities, vergelijkbaar met wat mogelijk is via plan-view transmissie-elektronenmicroscopie (PV-TEM). Een specifiek voordeel van de ECCI-techniek is dat het weinig tot geen monstervoorbereiding vereist en inderdaad monsters met een groot oppervlak kan gebruiken, wat het een aanzienlijk hogere doorvoer karakteriseringsmethode maakt dan TEM. Net als bij TEM kunnen verschillende diffractiecondities worden verkregen met ECCI door het monster in de SEM te kantelen en te draaien. Deze mogelijkheid maakt de selectieve beeldvorming van specifieke defecten mogelijk, zoals misfitdislocaties op de GaP/Si-interface, met hoge contrastniveaus, die worden bepaald door de standaard onzichtbaarheidscriteria. Een voorbeeldtoepassing van deze techniek wordt beschreven, waarbij ECCI-beeldvorming wordt gebruikt om de kritische dikte voor dislocatienucleatie voor GaP-op-Si te bepalen door een reeks monsters met verschillende GaP-epilaagdiktes te beeldhouwen. Voorbeelden van ECCI-micrografieën van aanvullende defecttypen, inclusief threading-dislocaties en een stapelfout, worden gegeven als demonstratie van de brede, TEM-achtige toepasbaarheid. Uiteindelijk positioneert de combinatie van TEM-achtige capaciteiten – hoge ruimtelijke resolutie en rijkdom aan microstructurele gegevens – met de gemak en snelheid van SEM, ECCI als een krachtig hulpmiddel voor de snelle karakterisering van kristallijne materialen.

Inleiding

Gedetailleerde karakterisering van kristallijne gebreken en microstructuur is een vitaal belangrijk aspect van halfgeleidende materialen en apparaten onderzoek sinds dergelijke gebreken kan een aanzienlijke, nadelige invloed op de prestaties van het apparaat hebben. Momenteel is transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) is de meest geaccepteerde en gebruikte techniek voor gedetailleerde karakterisering van verlengde defecten - dislocaties, stapelfouten, tweelingen, antiphase domeinen, etc. - omdat het in staat stelt rechtstreeks afbeelden van een groot aantal defecten met ruime ruimtelijke resolutie. Helaas, TEM is een fundamenteel low-throughput benadering als gevolg ....

Protocol

Dit protocol werd met een veronderstelling dat de lezer een werkende begrip van standaard SEM operatie is geschreven. Afhankelijk van de fabrikant, model, en zelfs softwareversie kan elke SEM significant verschillende hardware en / of software interfaces. Hetzelfde kan worden gezegd ten opzichte van de inwendige configuratie van het instrument; de operator moet voorzichtig en oplettend te zijn bij het volgen van dit protocol, zoals zelfs relatief kleine veranderingen in de steekproef / geometrie, sample oriëntatie (tilt, rotatie), en werkafstand kan een risico vormen voor het maken van contact met de pole-stuk, vooral als niet eucentrische hoogte. De instructies die ....

Resultaten

De kloof / Si samples voor deze studie werden gekweekt door metaal-organische chemische damp depositie (MOCVD) in een Aixtron 3 × 2 kortgekoppelde douchekop reactor na de auteurs eerder gemeld hetero proces. ¹⁷ All gezwellen werden uitgevoerd op 4 inch Si ( 001) substraten met opzettelijke misoriëntatie (afgezaagd stuk) van 6 ° in de richting van [110]. Alle ECCI beeldvorming werd uitgevoerd op as-gekweekt monsters zonder verdere monstervoorbereiding ook (afgezien van splitsen tot ongeveer 1 cm x 1 cm stukken.......

Discussie

Een versnellingsspanning van 25 kV werd gebruikt voor deze studie. De versnellingsspanning de elektronenbundel penetratiediepte te bepalen; met hogere versnellingsspanning wordt BSE signaal van grotere diepte in het monster. De hoge versnellingsspanning gekozen voor dit systeem, omdat het zorgt voor zichtbaarheid van dislocaties die ver van het oppervlak van het monster, begraven in de interface. Andere types defecten / functies kunnen meer of minder zichtbaar zijn op verschillende versnellingsspanning afhankelijk van h.......

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Sirion Field Emission SEM	FEI/Phillips	516113	Field emissie SEM met een bundelspanningsbereik van 200 V - 30 kV, uitgerust met een terugverspreide elektronendetector
Sample of Interest	Intern geproduceerd		Gesynthetiseerd/in huis gekweekt via MOCVD
PELCO SEMClip	Ted Pella, Inc.	16119-10	Herbruikbare, niet-klevende SEM-steekproefstaaf (klevende bevestiging werkt ook)