Obrazowanie kontrastowe z kanałem elektronowym do szybkiej charakterystyki heteroepitaksjalnej III-V

Podsumowanie

Opisano zastosowanie obrazowania kontrastowego z kanałem elektronowym w skaningowym mikroskopie elektronowym do charakteryzowania defektów w cienkich warstwach heteroekspeksjalnych III-V/Si. Metoda ta daje podobne wyniki do transmisyjnej mikroskopii elektronowej w widoku planowym, ale w znacznie krótszym czasie ze względu na brak wymaganego przygotowania próbki.

Streszczenie

Dyslokacje niedopasowania w heteroepitaksjalnych warstwach GaP wyhodowanych na podłożach Si(001) są charakteryzowane za pomocą obrazowania kontrastowego z kanałem elektronowym (ECCI) w skaningowym mikroskopie elektronowym (SEM). ECCI pozwala na obrazowanie wad i cech krystalograficznych w określonych warunkach dyfrakcyjnych, podobnych do tych, które są możliwe za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej w widoku planowym (PV-TEM). Szczególną zaletą techniki ECCI jest to, że wymaga ona niewielkiego lub żadnego przygotowania próbki, a w rzeczywistości może wykorzystywać próbki o dużej powierzchni w stanie, w jakim zostały wyprodukowane, co sprawia, że jest to metoda charakteryzacji o znacznie wyższej przepustowości niż TEM. Podobnie jak w przypadku TEM, za pomocą ECCI można uzyskać różne warunki dyfrakcji, przechylając i obracając próbkę w SEM. Funkcja ta umożliwia selektywne obrazowanie określonych defektów, takich jak dyslokacje niedopasowania na granicy faz GaP/Si, z wysokimi poziomami kontrastu, które są określane przez standardowe kryteria niewidzialności. Opisano przykładowe zastosowanie tej techniki, w którym obrazowanie ECCI jest wykorzystywane do określenia krytycznej grubości zarodkowania dyslokacji dla GaP-on-Si poprzez obrazowanie szeregu próbek o różnych grubościach epiwarstwy GaP. Przykłady mikrofotografii ECCI przedstawiające dodatkowe typy defektów, w tym przemieszczenia gwintów i usterki układania, są przedstawione jako demonstracja jego szerokiego, podobnego do TEM zastosowania. Ostatecznie, połączenie możliwości podobnych do TEM – wysokiej rozdzielczości przestrzennej i bogactwa danych mikrostrukturalnych – z wygodą i szybkością SEM, pozycjonuje ECCI jako potężne narzędzie do szybkiej charakteryzacji materiałów krystalicznych.

Wprowadzenie

Szczegółowa charakterystyka defektów krystalicznych i mikrostruktury jest niezwykle ważnym aspektem badań nad materiałami półprzewodnikowymi i urządzeniami, ponieważ takie defekty mogą mieć znaczący, szkodliwy wpływ na wydajność urządzenia. Obecnie transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM) jest najszerzej akceptowaną i stosowaną techniką szczegółowej charakterystyki rozszerzonych defektów – dyslokacji, uskoków ułożenia, bliźniąt, domen antyfazowych itp. – ponieważ umożliwia bezpośrednie obrazowanie szerokiej gamy defektów z dużą rozdzielczością przestrzenną. Niestety, TEM jest podejściem zasadniczo niskoprzepustowym ze względu na długi czas przygotowania próbek, co m....

Protokół

Ten protokół został napisany z założeniem, że czytelnik będzie miał praktyczne zrozumienie standardowej operacji SEM. W zależności od producenta, modelu, a nawet wersji oprogramowania, każdy SEM może mieć znacznie różne interfejsy sprzętowe i/lub programowe. To samo można powiedzieć o wewnętrznej konfiguracji instrumentu; Operator musi być ostrożny i uważny podczas stosowania tego protokołu, ponieważ nawet stosunkowo niewielkie zmiany w wielkości/geometrii próbki, orientacji próbki (nachylenie, obrót) i odległości roboczej mogą stwarzać ryzyko kontaktu z tyczką, zwłaszcza jeśli nie znajdują się na wysokości eucentrycznej. Zamieszczone tutaj instrukcje dotyczą instrume....

Wyniki

Próbki GaP/Si do niniejszego badania zostały otrzymane metodą metaloorganicznej osadzania z fazy gazowej (MOCVD) w reaktorze Aixtron 3×2 z blisko sprzężonym rozpylaczem, zgodnie z wcześniej opisanym przez autorów procesem heteroepitaksji.¹⁷ Wszystkie wzrosty przeprowadzono na 4 calowych podłożach Si(001) z celowym odchyleniem (offcut) wynoszącym 6° w kierunku [110]. Wszystkie obrazy ECCI wykonano na próbkach w stanie po wzroście, bez żadnej dalszej preparacji próbek (poza łupaniem w celu uzyskania fragmentów o.......

Dyskusja

Do badań wykorzystano napięcie przyspieszające o napięciu 25 kV. Napięcie przyspieszające określi głębokość penetracji wiązki elektronów; przy wyższym napięciu przyspieszającym sygnał BSE będzie pochodził z większych głębokości w próbce. Wysokie napięcie przyspieszające zostało wybrane dla tego układu, ponieważ pozwala na widoczność dyslokacji, które znajdują się daleko od powierzchni próbki, zakopane na granicy faz. Inne rodzaje defektów/cech mogą być mniej lub bardziej widoczne przy różnych napięciach przyspieszających.......

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Emisja pola Sirion SEM	FEI/Phillips	516113	Emisja pola SEM o zakresie napięcia wiązki 200 V - 30 kV, wyposażona w detektor elektronów wstecznie rozproszonych
Próbka zainteresowania	Produkowane		Syntetyzowane/uprawiane we własnym zakresie przez MOCVD
PELCO SEMClip	Ted Pella, Inc.	16119-10	Wielorazowy, nieprzylepny króciec do próbek SEM (sprawdzi się również nasadka samoprzylepna)

wewnętrznie