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

Het algemene doel van de hier gepresenteerde methoden is om optische, elektrische en structurele eigenschappen van uitgebreide defecten, zoals dislocaties of korrelgrenzen in halfgeleidermateriaal, te bepalen met behulp van de rasterelektronenmicroscoop. Deze methoden kunnen helpen bij de belangrijkste vragen in de halfgeleidersector, omdat uitgebreide defecten een sterke invloed hebben op de prestaties van micro-elektronische apparaten en van zonnecelmaterialen. Het voordeel van het gebruik van de rasterelektronenmicroscoop is dat verschillende fysische eigenschappen van uitgebreide defecten kunnen worden bestudeerd op één monster van kamertemperatuur tot zeer lage temperaturen.

De cathodoluminescentie die inzicht geeft in de optische eigenschappen van uitgebreide defecten in halfgeleiders kan ook worden toegepast op het bestuderen van materialen die slechts licht luminescent zijn, zoals mineralen. In oefeningsongelukken, die nieuw zijn voor elektronenrugverstrooiing voor spanningsanalyse, kunnen problemen optreden vanwege problemen met de kwaliteit van het fractiepatroon en de stabiliteit van de elektronenbundel. Om te beginnen, monteert u de 60 graden voorgekanteld monsterhouder op een metalen koppelstuk.

Plaats vervolgens een 0,5 millimeter dik stuk indiumfolie op de monsterhouder en plaats het schone monster erop. Plaats vervolgens het koppelstuk op een verwarmingsplaat. Zet de verwarmingsplaat aan en verwarm de sokkel tot 150 graden Celsius om de indiumfolie ductiel te maken.

Eenmaal verwarmd, drukt u één seconde lang op het monster met een houten tandenstoker om het monster op de indiumfolie te bevestigen. Schakel vervolgens de verwarmingsplaat uit en laat het systeem ongeveer 30 minuten afkoelen. Verplaats eerst de lichtverzamelende elliptische spiegel van de parkeerstand naar de meetstand in de rasterelektronenmicroscoop, of SEM.

Monteer vervolgens een testmonster met een directe bandgap-overgang op het draaischijfje. Evacueer de kamer totdat de kolomkamerdeur opengaat. Gedurende deze tijd, stel de beeldparameters in zoals beschreven in het bijbehorende tekstprotocol.

Gebruik de everhart-thornley-detector voor beeldvorming met secundaire elektronen. Verplaats vervolgens de stage richting de poolstuk totdat de elektronenbundel op het monsteroppervlak kan worden gefocust op een werkafstand van 15 millimeter. Schakel vervolgens de hoogspanningsvoeding in voor de fotomultiplierbuis en de laptop met het cathodoluminescentiecontroleprogramma.

In het cathodoluminescentiecontroleprogramma, kies de meting van het signaal van de fotomultiplierbuis versus tijd en stel het contrast op maximum en de helderheid op 46%. Pas vervolgens de lichtverzamelende spiegel aan om de integrale cathodoluminescentie-intensiteit op het testmonster te maximaliseren door de spiegel te kantelen en te draaien. Neem een testspectrum op met behulp van het cathodoluminescentiecontroleprogramma. Eenmaal ingesteld, laat u de monsterkamer ventileren, verwijdert u het testmonster en monteert u het eigenlijke monster op indiumfolie op de monsterhouder.

Evacueer bovendien de SEM-kamer en maak de cryo-aansluitingen op het SEM-systeem zoals beschreven in het bijbehorende tekstprotocol. Plaats bovendien de slang voor de vloeibare helium in de vloeibare helium-dewar en sluit de uitlaat van de heliumoverdrachtsbuis aan op de inlaat voor cryogeen gas van de cryo-stage. Stel vervolgens de elektronenbundelparameters in zoals hier weergegeven.

Vervolgens beweegt u de stage richting het poolstuk en gebruikt u de everhart-thornley-detector om de elektronenbundel op het monsteroppervlak te focussen op een werkafstand van 15 millimeter. Kies het gebied van belang op het monsteroppervlak en scant u deze regio continu tijdens de gehele afkoelprocedure. Om de afkoelprocedure te starten, voert u de laagste doeltemperatuur en de geschikte parameters voor PID-regeling in in de temperatuurregelaar volgens de technische handleiding.

Open vervolgens de klep van de vloeibare heliumoverdrachtsbuis. Houd de temperatuur en druk zorgvuldig in de gaten tijdens de afkoelprocedure. Nadat de doeltemperatuur is bereikt, stelt u de werkafstand van 15 millimeter voor scherpbeeld opnieuw in.

Corrigeer bovendien de aanpassing van de lichtverzamelende spiegel om maximale integrale cathodoluminescentie-intensiteit op het eigenlijke monster te bereiken. Stel vervolgens de geschikte waarden in voor de gradatie en het spectrale gebied. Stel ook de stappenbreedte in op 5 nanometer, de tijd per meetpunt op 5 seconden en de spleetbreedte van 2 millimeter.

Neem de cathodoluminescentiespectra van het monster op met behulp van de besturingssoftware en sla de bestanden op voor latere analyse. Kies vervolgens de vlakke spiegel in de monochromator voor pancromatische cathodoluminescentiebeeldvorming en een blaze-gradatie bij een specifieke golflengte voor monochromatische cathodoluminescentiebeeldvorming. Pas vervolgens de helderheids- en contrastwaarden aan in een klein venster van het beeld, in het lineaire bereik van de afhankelijkheid van de beeldgrijswaarden van het signaal van de fotomultiplierbuis.

Stel tenslotte voor een vergroting tussen 201.000 de scannelheid in op de laagste snelheid van 14 in combinatie met pixelgemiddelde, of een hogere snelheid van acht, in combinatie met lijngemiddelde over 20 lijnen. Neem de resulterende beelden op en sla ze op voor latere analyse als voorbeeld voor de vergelijking van de lokale verdeling van de luminescentie van de verschillende D-lijnen, hier getoond voor D1 en D4.Voor kruiscorrelatie elektronenrugverstrooiing, monteert u het monster op een monsterhouder met het monsteroppervlak parallel aan de houder. Plaats vervolgens het monster en vacuüm de SEM-kamer totdat de kolomkamerdeur opengaat.

Gebruik de hier getoonde beeldparameters om de elektronenbundel op het monsteroppervlak te focussen op een werkafstand van ongeveer 25 millimeter. Kantel vervolgens het monster door 69 graden rond de X-as en stel een werkafstand van 18 millimeter in. Plaats vervolgens de spanningsspanning voor de elektronenrugverstrooiing en sluit de kolomkamerdeur.

Schakel vervolgens de voeding in voor de detector voor elektronenrugverstrooiing en verplaats de detector van zijn parkeerstand naar zijn meetstand. Focus de elektronenbundel opnieuw op een gebied van belang op het monsteroppervlak en open vervolgens de elektronenrugver