Name: Electron Channeling Contrast Imaging voor Rapid III-V hetero karakterisatie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-07-17T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 50 s
Description: Leer elektronkanaalcontrastbeeldvorming voor snelle karakterisatie van kristallijne defecten in III-V/Si-hetero-epitaxiale dunne films. Deze methode levert resultaten vergelijkbaar met TEM, maar vereist aanzienlijk minder tijd.

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

Dit werk werd ondersteund door het Department of Energy onder het FPACE-programma (DE-EE0005398), het Institute for Materials Research van de Ohio State University en het Third Frontier Program van het Ohio Office of Technology Investments’.

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 hier zijn voor het instrument gebruikt om dit werk uit te voeren, een FEI Sirion SEM uitgerust met een veld emissie pistool en een standaard, pole-stuk gemonteerd, ringvormige Si backscatter detector. Daarom is het noodzakelijk dat de lezer begrijpen hoe de overeenkomstige acties op hun specifieke uitrusting. </p&gt; 1. Monstervoorbereiding <ol><li> Cleave monster GaP / Si voor deze studie, in een geschikte grootte, afhankelijk van de grootte van de SEM monster mount die moet worden gebruikt. Opmerking: Het monster kan zo klein zijn als 5 mm x 5 mm of zo groot als een volledige wafer (4 inches lang), afhankelijk van de inwendige geometrie van de gebruikte SEM en de beschikbare ruimte space.The monsteroppervlak moet zeer schoon zijn en vrij van besmetting die de channeling kunnen verstoren (bv., kristallijn of amorf inheemse oxides). </li><li> Plaats het monster op de SEM monster mount. Opmerking: De montagemethode kunnen veranderen afhankelijk van het type SEM stub gebruikt, typisch ofwel een clip stijl of via enig hechtmiddel (bijvoorbeeld carbon tape, zilververf.). De methode van plaatsing moet ervoor zorgen dat het monster niet zal bewegen en dat het elektrisch geaard is om het monster opladen voorkomen. </li></ol> 2. Load Sample <ol><li> Vent de SEM door te klikken op de knop &#39;Vent&#39; in desoftware-interface en plaats het monster na het bereiken van atmosferische druk. </li><li> Vóór het sluiten van de SEM deur, ervoor te zorgen dat het monster op een geschikte hoogte om zo de BSE-detector niet staking bij bewegen in de SEM. </li><li> Pomp onderaan de SEM door te klikken op de &#39;Pump&#39; knop in de software-interface. Wacht tot de slotsom dat de druk laag genoeg is om de metingen te starten. </li></ol> 3. Stel Passende arbeidsomstandigheden <ol><li> Zet de elektronenbundel via de knop in het &#39;Beam &quot;meetgebied en stel de versnellende spanning via de&#39; Beam &#39;drop-down menu in de software-interface. Voor het werk dat hier wordt gepresenteerd, werd 25 kV gebruikt. </li><li> Stel de straalstroom op een geschikte waarde via &#39;Beam&#39; drop-down menu. Dit wordt bepaald binnen de hier gebruikte via de stipafmeting, die was ingesteld op 5 (ongeveer 2,4 nA) systeem. Opmerking: High straalstroom is meestal noodzakelijk bmdat de ECCI signaal is over het algemeen zwak en grotere stroom zorgt voor een meer onderscheiden afbeelding. </li><li> Met behulp van de secundaire elektronen detector, pas het beeld aan focus en stigmation via de software-interface. Opmerking: Dit wordt hier uitgevoerd door rechts te klikken en de muis op de software-interface te slepen; verticaal voor focus, horizontaal voor stigmation. Ook is het vaak nuttig om een ​​kleine deeltje of oppervlakte kenmerk van het monster een duidelijke onderwerp voor scherpstelling / stigmation verstellen van voorbeeld. </li><li> Beweeg het monster in de verticale werkafstand door stapsgewijs veranderen van de Z-positie van het podium en de scherpstelling en stigmation indien nodig. De Z-positie wordt gewijzigd via de &#39;Z&#39; drop-down menu in het &#39;Stage&#39; controlegebied van de software-interface. Voor de hier beschreven werk, hetzelfde een werkafstand van 5 mm geplaatst op eucentrische hoogte en voorzien van een sterke ECCI signaal. </li></ol> 4. Visualiseer Sample ECP &lt;ol&gt; <li> Schakel BSE-modus via de &#39;detectoren&#39; drop-down menu in de software-interface. </li><li> Verlaag vergroting op de laagste stand (27x), die hier wordt gedaan via het toetsenbord van de computer min (-) toets te visualiseren de ECP. </li><li> Pas de scansnelheid, hier gebeurt via de &#39;Scan&#39; drop-down menu, om een beeld met voldoende signaal-ruis (bv., Slow scan in plaats van de TV-modus) te verstrekken. Opmerking: middeling of integreren van de afbeelding kan nodig zijn om een ​​duidelijkere, waarneembaar resultaat krijgt. </li><li> Pas het beeldcontrast en de helderheid, hier gerealiseerd via de &#39;Contrast&#39; en &#39;helderheid&#39; sliders, ter verbetering van de zichtbaarheid van de ECP, en let niet te oversaturate. </li><li> Stel het monster rotatie en kantelen, met behulp van de &#39;R&#39; en vermeldingen &#39;T&#39; in de &#39;Stage&#39; controlegebied in de software-interface, om te helpen kenmerken van de channeling patroon duidelijker. Steekproef rotation leidt tot een rotatie van het ECP (zie figuur 2) en kantelen zal resulteren in een vertaling van het ECP (zie figuur 3). </li></ol> 5. Afbeelding Gebreken / Kenmerken <ol><li> Pas monster kantelen en draaien, zoals beschreven in stap 4.5, om de gewenste diffractie voorwaarde te stellen. Dit te bereiken door het vertalen en / of draaien van de ECP om het doel Kikuchi band rand lijn (dat wil zeggen, buigpunt tussen de heldere Kikuchi band en de bijbehorende donkere Kikuchi lijn) met de SEM optische as. Terwijl de maximale channeling daadwerkelijk optreedt bij het ​​Kikuchi lijn, uitlijnen in de hier beschreven methode levert visualisatie- contrast voor gebreken met zowel donkere en heldere contrast niveaus (zie figuren 4 en 5). </li><li> Zodra de gewenste diffraktie toestand is bereikt, verhoogt vergroting, hier uitgevoerd via het toetsenbord plus (+) toets. </li><li> Heroriënteren imago en aan te passen voor stigmation, zoals beschreven in stap 3.2. Opmerking: Hier, de focus en stigmation het best aangepast in het specifieke defect / functie af te beelden. </li><li> Omdat kleine afwijkingen van de rand van de band grote verschillen in de verschijning van de beoogde gebrek of functie kan maken, dan dient de diffractie toestand door kleine (maximaal aanpassingen van de sample tilt loodrecht op de Kikuchi band / lijn plaats, terwijl kijken naar een specifiek kenmerk voor maximale contrast. Merk op dat het verplaatsen naar de binnenkant van de band Kikuchi zal kenmerkend verminderen de relatieve contrast van &quot;lichte&quot; features, tijdens het verplaatsen naar de buitenzijde van de band (naar de Kikuchi lijn) zullen kenmerkend de relatieve contrast verlagen van de &quot;donkere&quot; features. </li><li> Zodra het gewenste contrast wordt verkregen, verminderen de vergroting te controleren of dezelfde band nog op of zeer nabij de optische as; te veel tilt u de diffractie conditie helemaal veranderen. </li></ol>

<ol><li>Zaefferer, S., Elhami, <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>Crimp, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A.+Scanning+electron+microscopy+imaging+of+dislocations+in+bulk+materials%2C+using+electron+channeling+contrast%5BTitle%5D)+AND+%22Microsc.+Res.+Tech%22%5BJournal%5D)">A. Scanning electron microscopy imaging of dislocations in bulk materials, using electron channeling contrast.</a> Microsc. Res. Tech. 69 (5), 374-381 (2006).</li>
<li>Joy, D. C., Newbury, D. E., Davidson, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron+channeling+patterns+in+the+scanning+electron+microscope%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Electron channeling patterns in the scanning electron microscope.</a> J. Appl. Phys. 53 (8), R81-R122 (1982).</li>
<li>Williams, D. B., Carter, C. B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWilliams%2C+DB+%22Transmission+Electron+Microscopy%3A+A+Textbook+for+Materials+Science%22">Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science</a>. , 2nd ed, Springer. New York. (2009).</li>
<li>Picard, Y. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Future+Prospects+for+Defect+and+Strain+Analysis+in+the+SEM+via+Electron+Channeling%5BTitle%5D)+AND+%22Micros.+Today%22%5BJournal%5D)">Future Prospects for Defect and Strain Analysis in the SEM via Electron Channeling.</a> Micros. Today. 20 (2), 12-16 (2012).</li>
<li>Naresh-Kumar, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+Nondestructive+Analysis+of+Threading+Dislocations+in+Wurtzite+Materials+Using+the+Scanning+Electron+Microscope%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Rapid Nondestructive Analysis of Threading Dislocations in Wurtzite Materials Using the Scanning Electron Microscope.</a> Phys. Rev. Lett. 108 (13), 135503(2012).</li>
<li>Naresh-Kumar, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron+channeling+contrast+imaging+studies+of+nonpolar+nitrides+using+a+scanning+electron+microscope%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Electron channeling contrast imaging studies of nonpolar nitrides using a scanning electron microscope.</a> Appl. Phys. Lett. 102 (14), 142103(2013).</li>
<li>Kamaladasa, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identifying+threading+dislocations+in+GaN+films+and+substrates+by+electron+channelling%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Microsc%22%5BJournal%5D)">Identifying threading dislocations in GaN films and substrates by electron channelling.</a> J. Microsc. 244 (3), 311-319 (2011).</li>
<li>Picard, Y. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nondestructive+analysis+of+threading+dislocations+in+GaN+by+electron+channeling+contrast+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Nondestructive analysis of threading dislocations in GaN by electron channeling contrast imaging.</a> Appl. Phys. Lett. 91 (9), 094106(2007).</li>
<li>Picard, Y. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron+channeling+contrast+imaging+of+atomic+steps+and+threading+dislocations+in+4H-SiC%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Electron channeling contrast imaging of atomic steps and threading dislocations in 4H-SiC.</a> Appl. Phys. Lett. 90 (23), 234101(2007).</li>
<li>Picard, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Epitaxial+SiC+Growth+Morphology+and+Extended+Defects+Investigated+by+Electron+Backscatter+Diffraction+and+Electron+Channeling+Contrast+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Electron.+Mater%22%5BJournal%5D)">Epitaxial SiC Growth Morphology and Extended Defects Investigated by Electron Backscatter Diffraction and Electron Channeling Contrast Imaging.</a> J. Electron. Mater. 37 (5), 691-698 (2008).</li>
<li>Wilkinson, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+strain+distributions+in+partially+relaxed+In0.2Ga0.8As+on+GaAs+using+electron+channelling+contrast+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Philos.+Mag.+Lett%22%5BJournal%5D)">Observation of strain distributions in partially relaxed In0.2Ga0.8As on GaAs using electron channelling contrast imaging.</a> Philos. Mag. Lett. 73 (6), 337-344 (1996).</li>
<li>Wilkinson, A. J., Anstis, G. R., Czernuszka, J. T., Long, N. J., Hirsch, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron+Channeling+Contrast+Imaging+of+Interfacial+Defects+in+Strained+Silicon-Germanium+Layers+on+Silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Philos.+Mag.+A%22%5BJournal%5D)">Electron Channeling Contrast Imaging of Interfacial Defects in Strained Silicon-Germanium Layers on Silicon.</a> Philos. Mag. A. 68 (1), 59-80 (1993).</li>
<li>Carnevale, S. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+misfit+dislocation+characterization+in+heteroepitaxial+III-V%2FSi+thin+films+by+electron+channeling+contrast+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Rapid misfit dislocation characterization in heteroepitaxial III-V/Si thin films by electron channeling contrast imaging.</a> Appl. Phys. Lett. 104 (23), 232111(2014).</li>
<li>Kvam, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interactions+of+dislocations+and+antiphase+%28inversion%29+domain+boundaries+in+III%E2%80%93V%2FIV+heteroepitaxy%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Electron.+Mater%22%5BJournal%5D)">Interactions of dislocations and antiphase (inversion) domain boundaries in III–V/IV heteroepitaxy.</a> J. Electron. Mater. 23 (10), 1021-1026 (1994).</li>
<li>Grassman, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Control+and+elimination+of+nucleation-related+defects+in+GaP%2FSi%28001%29+heteroepitaxy%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Control and elimination of nucleation-related defects in GaP/Si(001) heteroepitaxy.</a> Appl. Phys. Lett. 94 (23), 232106(2009).</li>
<li>Grassman, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nucleation-related+defect-free+GaP%2FSi%28100%29+heteroepitaxy+via+metal-organic+chemical+vapor+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Nucleation-related defect-free GaP/Si(100) heteroepitaxy via metal-organic chemical vapor deposition.</a> Appl. Phys. Lett. 102 (14), 142102(2013).</li>
<li>Volz, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((GaP-nucleation+on+exact+Si%28001%29+substrates+for+III%2FV+device+integration%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cryst.+Growth%22%5BJournal%5D)">GaP-nucleation on exact Si(001) substrates for III/V device integration.</a> J. Cryst. Growth. 315 (1), 37-47 (2011).</li>
<li>Beyer, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((GaP+heteroepitaxy+on+Si%28001%29%3A+Correlation+of+Si-surface+structure%2C+GaP+growth+conditions%2C+and+Si-III%2FV+interface+structure%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">GaP heteroepitaxy on Si(001): Correlation of Si-surface structure, GaP growth conditions, and Si-III/V interface structure.</a> J. Appl. Phys. 111 (8), 083534(2012).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Thermal+Expansion%3A+Nonmetallic+Solids%22">Thermal Expansion: Nonmetallic Solids</a>. Touloukian, Y. S. , IFI/Plenum. New York. (1977).</li>
<li>Yamaguchi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dislocation+density+reduction+in+heteroepitaxial+III-V+compound+films+on+Si+substrates+for+optical+devices%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Res%22%5BJournal%5D)">Dislocation density reduction in heteroepitaxial III-V compound films on Si substrates for optical devices.</a> J. Mater. Res. 6 (2), 376-384 (1991).</li>
<li>Nemanich Ware, R. J., Gray, J. L., Hull, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+a+nonorthogonal+pattern+of+misfit+dislocation+arrays+in+SiGe+epitaxy+on+high-index+Si+substrates%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Analysis of a nonorthogonal pattern of misfit dislocation arrays in SiGe epitaxy on high-index Si substrates.</a> J. Appl. Phys. 95 (1), 115-122 (2004).</li>
<li>Ghandhi Ayers, S. K., Schowalter, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crystallographic+tilting+of+heteroepitaxial+layers%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cryst.+Growth%22%5BJournal%5D)">Crystallographic tilting of heteroepitaxial layers.</a> J. Cryst. Growth. 113 (3-4), 430-440 (1991).</li>
<li>Yamane, T., Kawai, Y., Furukawa, H., Okada, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth+of+low+defect+density+GaP+layers+on+Si+substrates+within+the+critical+thickness+by+optimized+shutter+sequence+and+post-growth+annealing%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cryst.+Growth%22%5BJournal%5D)">Growth of low defect density GaP layers on Si substrates within the critical thickness by optimized shutter sequence and post-growth annealing.</a> J. Cryst. Growth. 312 (15), 2179-2184 (2010).</li>
<li>Jimbo Soga, T., Umeno, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dislocation+Generation+Mechanisms+For+GaP+On+Si+Grown+By+Metalorganic+Chemical-Vapor-Deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Dislocation Generation Mechanisms For GaP On Si Grown By Metalorganic Chemical-Vapor-Deposition.</a> Appl. Phys. Lett. 63 (18), 2543-2545 (1993).</li>
<li>Weidner, A., Martin, S., Klemm, V., Martin, U., Biermann, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stacking+faults+in+high-alloyed+metastable+austenitic+cast+steel+observed+by+electron+channelling+contrast+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Scripta+Mater%22%5BJournal%5D)">Stacking faults in high-alloyed metastable austenitic cast steel observed by electron channelling contrast imaging.</a> Scripta Mater. 64 (6), 513-516 (2011).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

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...

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 van langdurige monstervoorbereiding keer, wat kan leiden tot aanzienlijke vertragingen en knelpunten in onderzoek en ontwikkeling cycli. Bovendien is de integriteit van het monster, bijvoorbeeld in termen van de als volwassen spanningstoestand kan worden tijdens de voorbehandeling veranderd, waardoor de kans versneden resultaten. Electron channeling contrast imaging (ECCI) is een aanvullend en in sommige gevallen een mogelijk superieur techniek TEM omdat het alternatief high-throughput benadering voor het afbeelden van dezelfde uitgebreide gebreken. Bij epitaxiale materialen, monsters hebben weinig tot geen voorbereiding, waardoor ECCI veel tijd efficiënter. Verder van voordeel is dat ECCI vereist slechts een veld-emissie scanning elektronenmicroscoop (SEM) met een standaard ringvormig pole-piece gemonteerde backscatter electron (BSE) detector; forescatter geometrie kan ook worden gebruikt, maar vereist iets meer gespecialiseerde apparatuur en wordt hier niet besproken. De ECCI signaal bestaat uit elektronen die inelastisch verstrooid uit de ingaande gechannelde beam (electron golffront) en door meerdere bijkomende inelastische verstrooiing events, in staat zijn om het hoogste sample via het oppervlak. 1 vergelijkbaar met twee- beam TEM, kan men ECCI voeren op specifieke diffractie omstandigheden in de SEM van orienting het monster, zodat de invallende elektronenbundel voldoet een kristallografische Bragg voorwaarde (dat wil zeggen, channeling), zoals bepaald met behulp van een lage vergroting electron channeling patronen (ECP&#39;s); 1,2 zie figuur 1 voor een voorbeeld. Gewoon, ECP&#39;s geven een oriëntatie-ruimte weergave van invallende elektronenbundel diffractie / channeling. 3 Dark lijnen als gevolg van lage backscatter signaal geven beam-sample oriëntaties waarbij Bragg voorwaarden vervuld zijn (dwz., Kikuchi lijnen), die een sterke channeling oplevert, terwijl de heldere gebieden duiden hoge backscatter, non-diffractieve omstandigheden. In tegenstelling tot Kikuchi patronen geproduceerd via electron backscatter diffractie (EBSD) of TEM, die gevormd via uitgaande elektronendiffractie, ECP is een gevolg van invallende elektronen diffractie / channeling. In de praktijk worden gecontroleerd diffractie voorwaarden ECCI bereikt door het monster oriëntatie, via kantelen en / of draaien bij lage vergroting, zodat de ECP functie die de welomschreven Bragg conditie plaats - bijvoorbeeld een [400] of [220] Kikuchi band / lijn - samenvalt met de optische as van de SEM . Overgang naar hoge vergroting dan, vanwege de resulterende beperking van het hoekgebied van de invallende elektronenbundel, effectief kiest voor een signaal dat BSE ideale geval overeen slechts verstrooiing van het gekozen diffractie aandoening. Op deze wijze is het mogelijk om defecten die diffractie contrast bieden, zoals dislocaties observeren. Net als in TEM, wordt de beeldvorming contrast door dergelijke gebreken bepaald door de standaard onzichtbaarheid criteria, g · (b x u) = 0 en g · b = 0, waarbij g staat voor het diffractie vector, b de Burgers vector, en U de lijn richting. 4 Dezefenomeen treedt op omdat alleen afgebogen elektronen uit vliegtuigen vertekend door het defect informatie over bevatten zei defect. Tot op heden is ECCI voornamelijk gebruikt voor beeldeigenschappen en defecten nabij of op het monsteroppervlak dergelijke functionele materialen GaSb, 5 SrTiO 3, 5 GaN, 6-9 en SiC. 10,11 Deze beperking vloeit voort uit het oppervlak -gevoelige aard van de ECCI signaal zelf, waarbij de BSE die het signaal afkomstig van een diepte van ongeveer 10-100 nm. De belangrijkste bijdrage aan deze limiet diepteresolutie te verkrijgen is die van verbreding en demping van de ingaande electron golffront (gekanaliseerd elektronen), als functie van de diepte in het kristal, door het verlies van elektronen verstrooiing gebeurtenissen, die vermindert maximale potentieel BSE-signaal. 1 Toch is een zekere mate van diepgang resolutie gerapporteerd in eerder werk op Si 1-x Ge x / Si enIn x Ga 1-x As / GaAs heterostructuren, 12,13 evenals meer recent (en hier) door de auteurs op GaP / Si heterostructuren, 14 waarbij ECCI werd gebruikt om het buitenbeentje dislocaties begraven op de rooster-mismatch hetero-interface op diepte van 100 nm (met hogere diepte waarschijnlijk mogelijk). Voor het werk dat hier beschreven wordt ECCI gebruikt om GaP epitaxiaal gegroeid op Si (001), een complexe materialen systeemintegratie met de toepassing in de richting van gebieden zoals fotovoltaïsche en opto-elektronica te bestuderen. GaP / Si is van bijzonder belang als mogelijke route voor de integratie van metamorfe (lattice-mismatched) III-V halfgeleiders op voordelige Si-substraten. Al vele jaren inspanningen in deze richting zijn geplaagd door de ongecontroleerde generatie van grote aantallen heterovalent nucleatie gerelateerde gebreken, waaronder antiphase domeinen, stapelfouten en microtwins. Dergelijke gebreken zijn schadelijk voor prestaties van het apparaat, especieel fotovoltaïsche, vanwege het feit dat zij elektrisch actief zijn, als carrier recombinatie centra en kunnen belemmeren grensvlak dislocatie glijden, wat leidt tot hogere dichtheden dislocaties. 15 Uit recente inspanningen van de auteurs en anderen hebben geresulteerd in de ontwikkeling van epitaxiale processen die kloof-on-Si films kan produceren vrij zijn van deze nucleatie gerelateerde gebreken, 16-19 waardoor de weg vrij voor verdere vooruitgang bestrating. Niettemin, vanwege de kleine maar niet verwaarloosbare, rooster mismatch tussen GaP en Si (0.37% bij kamertemperatuur), het genereren van dislocaties misfit onvermijdelijk en zelfs noodzakelijk om volledig ontspannen epilayers produceren. GAP, met zijn FCC-gebaseerde zink blende structuur, neigt tot 60 ° soort dislocaties opleveren (mixed edge en schroef) op de slip systeem, dat glissile zijn en kan verlichten van grote hoeveelheden van de stam door lange net glide lengtes. Aanvullende complexiteit wordt geïntroduceerd door de mismatch inGaP en Si thermische uitzettingscoëfficiënten, hetgeen resulteert in een toenemende lattice mismatch bij toenemende temperatuur (bijv., ≥ 0,5% misfit bij normale groeitemperatuur). 20 Omdat de schroefdraad dislocatie segmenten waaruit de rest van de misfit dislocatie lus (met het grensvlak misfit en het kristaloppervlak) zijn bekend om hun bijbehorende niet-stralende recombinatie carrier eigenschappen en derhalve slechtere prestatie inrichting 21 is het belangrijk te weten de aard en evolutie zodanig dat hun aantal kan worden geminimaliseerd. Gedetailleerde karakterisering van de grensvlak misfit dislocaties kan dus een aanzienlijke hoeveelheid informatie over de dislocatie dynamiek van het systeem. Hier beschrijven we het protocol voor het gebruik van een SEM te ECCI presteren en voorbeelden van de mogelijkheden en sterke punten. Een belangrijk onderscheid is het gebruik van ECCI microstructurele karakterisering voerensatie van het soort meestal uitgevoerd via TEM, terwijl ECCI biedt het equivalent van gegevens, maar in een veel korter tijdsbestek te wijten aan de sterk verminderde behoeften monster voorbereiding; in het geval epitaxiale monsters met relatief gladde oppervlakken, is er effectief geen monstervoorbereiding nodig helemaal. Het gebruik van ECCI algemene karakterisering van defecten en misfit dislocaties wordt beschreven, enkele voorbeelden van kristallijne waargenomen afwijkingen. De impact van onzichtbaarheid criteria op de waargenomen beeldvorming contrast van een array van grensvlak misfit dislocaties wordt vervolgens beschreven. Daarna volgt een demonstratie van hoe ECCI kan worden gebruikt om belangrijke vormen van karakterisering uitvoeren - in dit geval een studie om de GaP-on-Si kritische dikte dislocatienucleatie bepalen - verschaffen TEM-achtige data, maar het gemak van een SEM en aanzienlijk verminderd tijdsbestek.

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

electron channeling contrast imaging voor rapid iii-v hetero karakterisatie

Electron Channeling Contrast Imaging for Rapid III-V Heteroepitaxial Characterization

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.

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...

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.

Electron Channeling Contrast Imaging voor Rapid III-V hetero karakterisatie

Misfit dislocations in heteroepitaxial layers of GaP grown on Si(001) substrates are characterized through use of electron channeling contrast imaging ...

Het basisconcept van deze techniek is het gebruik van elektronenkanalisatie en terugverstrooiingsfenomenen binnen een scanning-elektronenmicroscoop als een methode voor diffractiegebaseerde beeldvorming van kristallijne defecten. Met het elektronenkanalisatiepatroon als leidraad wordt het monster in de microscoop zo georiënteerd dat Bragg-diffractiecondities worden gecreëerd tussen de elektronenbundel en de kristalvlakken. Dit resulteert in elektronenkanalisatie en bijgevolg in een lage terugverstrooiingsopbrengst.Wanneer er sprake is van diffractiecondities, veroorzaken kristaldefecten verstoringen in de roostervlakken die elektronen uit de gekanaliseerde bundel verstrooien, waardoor gelokaliseerde gebieden met een verhoogd terugverstrooiingssignaal ontstaan. Deze defectkenmerken kunnen effectief worden afgebeeld door de elektronenbundel over het sample-oppervlak te scannen en het elektronen-terugverstrooiingssignaal in kaart te brengen. De resulterende beelden zijn gelijkwaardig aan die verkregen via TEM, maar worden in slechts een fractie van de tijd geproduceerd, wat dit tot een krachtige, snelle karakteriseringstechniek maakt met toepassingen in een breed scala aan onderzoekge

electron-channeling-contrast-imaging-for-rapid-iii-v-heteroepitaxial

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

We beschrijven de benaderingen voor de fabricage van apparaten en elektrische karakterisering van molybdeen-diselenide (MoSe2) laag halfgeleider-nanostructuren met verschillende diktes. Daarnaast wordt de fabricage van ohmse contacten voor MoSe2-laag nanokristallen beschreven door middel van de focused-ion beam depositie methode met behulp van platina (Pt) als contactmetaal.

Ohmse Contact Fabrication Met behulp van een Focused-Ion Beam Techniek en elektrische karakterisatie voor Layer halfgeleider nanostructuren

De optische, elektrische en structurele eigenschappen van dislocaties en korrelgrenzen in halfgeleidermateriaal kunnen worden bepaald door experimenten uitgevoerd in een rasterelektronenmicroscoop. Elektronenmicroscopie is gebruikt om kathodoluminescentie, door elektroden geïnduceerde stroom en diffraktie van terugverstrooide elektronen te onderzoeken.

Uitgebreide karakterisatie van Extended Defecten in Semiconductor Materials door een Scanning Electron Microscope

Dit werk beschrijft de fabricage en karakterisering van anisotrope lekke modus modulatoren voor holografische video.

Karakterisering van Anisotropisch Leaky Mode Modulators voor Holovideo

Moleculaire bundel epitaxie wordt gebruikt om N-polar InAlN-barrier high-elektron-mobiliteit transistoren (HEMTs) groeien. Controle van de wafer voorbereiding, laag groeiomstandigheden en epitaxiale structuur resulteert in gladde, compositorisch homogene InAlN lagen en HEMTs die slecht ter been zo hoog als 1750 cm2 / V ∙ sec.

-Plasma ondersteunde Moleculaire bundel epitaxie van N-polaire InAlN-barrière High-elektron-mobiliteit Transistors

Door in situ vloeistof Scanning elektronen microscopie presenteren we een procedure voor real-time beeldvorming en elementaire samenstelling analyse van böhmiet deeltjes in gedeïoniseerd water.

In Situ Karakterisering van böhmiet deeltjes in het Water met behulp van vloeibare SEM

Theoretische berekening en experimentele verificatie worden voorgesteld voor een vermindering van de threading dislocatie (TD) dichtheid in germanium epitaxiale lagen met semicylindrische holtes op silicium. Berekeningen op basis van de interactie van TD's en oppervlak via beeldkracht, TD-metingen en transmissie-elektronenmicroscoopwaarnemingen van TD's worden gepresenteerd.

Theoretische berekening en experimentele verificatie voor dislocatiereductie in Germanium epitaxiale lagen met semicylindrische holtes op silicium

Dit artikel beschrijft de groei van epitaxiale films van mg3n2 en Zn3n2 op MgO substraten door plasma-geassisteerde moleculaire straal epitaxy met N2 gas als de stikstofbron en optische groei monitoring.

Plasma-geassisteerde moleculaire straal epitaxy groei van mg3n2 en Zn3n2 dunne films

Hier wordt een protocol gepresenteerd voor het analyseren van nanostructurele veranderingen tijdens in situ biasing met transmissie elektronenmicroscopie (TEM) voor een gestapelde metaal-isolator-metaalstructuur. Het heeft belangrijke toepassingen in resistieve schakelbalken voor de volgende generatie programmeerbare logische circuits en neuromimicking hardware, om hun onderliggende werkingsmechanismen en praktische toepasbaarheid te onthullen.

In Situ Transmission Electron Microscopy met biasing en fabricage van asymmetrische dwarsbalken op basis van gemixte a-VOx

De gepresenteerde methode beschrijft hoe meetartefacten met betrekking tot secundaire ionenmassaspectrometrie kunnen worden geïdentificeerd en opgelost, evenals het verkrijgen van realistische 3D-verdelingen van onzuiverheden/doteermiddelen in vastestofmaterialen.

3D-diepteprofielreconstructie van gescheiden onzuiverheden met behulp van secundaire ionenmassaspectrometrie

Cryogenic Focused Ion Beam (FIB) en Scanning Electron Microscopy (SEM) technieken kunnen belangrijke inzichten bieden in de chemie en morfologie van intacte vast-vloeistof interfaces. Methoden voor het voorbereiden van hoogwaardige Energy Dispersive X-ray (EDX) spectroscopische kaarten van dergelijke interfaces zijn gedetailleerd, met een focus op energieopslagapparaten.

Nanoschaalkarakterisering van vloeistof-vaste interfaces door cryo-gerichte ionenbundelfrezen te koppelen aan scanningelektronenmicroscopie en spectroscopie

We bieden een algemeen overzicht van kwantitatieve microanalysemethoden voor het schatten van de locatiebezetting van onzuiverheden en hun chemische toestanden door gebruik te maken van elektronengeangaliseerde verschijnselen onder incidentele elektronenstraal-schommelomstandigheden, die betrouwbaar informatie extraheren uit minderheidssoorten, lichtelementen, zuurstofvacatures en andere punt/lijn/planaire defecten.

Kwantitatieve atomaire-site analyse van functionele dopants/puntdefecten in kristallijne materialen door elektronengeankan-verbeterde microanalyse

Leer elektronkanaalcontrastbeeldvorming voor snelle karakterisatie van kristallijne defecten in III-V/Si-hetero-epitaxiale dunne films. Deze methode levert resultaten vergelijkbaar met TEM, maar vereist aanzienlijk minder tijd.

Electron Channeling Contrast Imaging voor Rapid III-V hetero karakterisatie

Meer video's verkennen