Scannen-Mikrowellen-Mikroskopie Verwendend, um Nachzuforschen, Lackierte In Hohem Grade Markierungs-Schichten in GaN auf Saphir

Inhaltsverzeichnis

Einleitung
Gallium Nitrid
Scannen Mikrowellen-Mikroskopie (SMM)
Scannen Mikrowellen-Mikroskopie und Halbleiter
Untersuchung von GaN-Wachstum Unter Verwendung der Scannen-Mikrowellen-Mikroskopie
SMM-Dopant-Dichte-Karten
Zusammenfassung
Bezüge
Über Agilent-Technologien
Autoren

Einleitung

Dieser Artikel behandelt die Nutzung von Scannenmikrowellenmikroskopie (SMM), eine eindeutige Flughandbuch-basierte Methode, die durch Agilent-Technologien, in einer neuen Untersuchung entwickelt wird von den Filmen des Galliumnitrids (GaN), die auf Saphirsubstratfläche gewachsen werden.

Während des Wachstumsprozesses dünn, wurden in hohem Grade lackierte Schichten umfaßt, um die Form der Oberfläche in regelmäßigen Abständen zu markieren. Fähigkeit SMMS, zum von Dopantdichten zu messen wurde eingesetzt, um Querschnitte dieser Oberflächen wieder aufzubauen. Eine unbeabsichtigt lackierte Region wurde für die Anfangsstufen des Wachstums gefunden. Die Wachstumsoberfläche ist gegenwärtig, mit den meisten Teilen der Oberfläche rau, die aus dem Substratflächenflugzeug heraus gekippt wird. Dieses schlägt ein Baumuster vor, in dem geneigte Oberflächen den unbeabsichtigten ausziehenden Wetterschacht des Dopantmaterials fördern. Späte Zeitpunkte des Wachstumsprozesses ergeben glatte Oberflächen ohne unbeabsichtigtes zu lackieren.

Gallium Nitrid

GaN ist ein III-V Halbleiter mit einem breiten Bandabstand. Es wird in der Optoelektronik, Haupt- für die Produktion von blauen und grünen lichtemittierenden Dioden (LED), zusammen mit anderen starken, Hochtemperatur- und Hochfrequenzeinheiten verwendet. Es kann mit magnetischen Verunreinigungen auch lackiert werden, das mögliche Anwendungen im spintronics hat. Die Hauptherausforderung für die Produktion von GaN-basierten Einheiten ist der Mangel an geeigneten Substratflächenmaterialien. Es bleibt sehr schwierig, große einzelne Kristalle GaN zu wachsen, also werden Einheiten hauptsächlich auf Saphir- und Sic Substratflächenwafers fabriziert. Das heteroepitaxial Wachstum von GaN-Schichten auf Saphirsubstratfläche kann durch die unbeabsichtigte Lackierung während des Wachstumsprozesses kompromittiert werden. Kennzeichen des Ursprung und der Vorrichtung der Inkorporation von Dopanten ist erforderlich, um GaN-basierte Heterostrukturen für elektronische Geräte zu optimieren.

Scannen Mikrowellen-Mikroskopie (SMM)

Scannenmikrowellenmikroskopie kann verwendet werden, um die Ladedichtetransportunternehmer in den Halbleitern an einer hohen Ortsauflösung zu messen. SMM kombiniert die sehr hohe Kapazitanzempfindlichkeit eines VektorNetzwerkanalysators (ein Agilent PNA) mit der hohen Ortsauflösung eines Trägerausschlag Atomkraftmikroskops (ein Agilent FLUGHANDBUCH) [1].

Scannen Mikrowellen-Mikroskopie und Halbleiter

Beim Arbeiten mit Halbleitern, wird die Kapazitanz der Spitzeprobe Kreuzung durch die angewandte Spitzeprobe Vorspannung beeinflußt. Dieses ist ein weithin bekanntes Verhalten in den Halbleitern, besonders in Metall-Isolatorhalbleiter (MIS) Kreuzungen. Viele Halbleiter, wie Silikon oder GaAs, bilden eine isolierende Oxidschicht, wenn sie Sauerstoff oder Luft freigelegt werden. Dieses so genannte gediegene Oxid ist normalerweise, im Auftrag der Ångström sehr dünn, aber die Stärke kann durch Wärmebehandlung mit mehreren hundert Grad [2] erhöht werden.

Eine metallische SMM-Spitze, die eine Halbleiteroberfläche in den Umgebungsbedingungen scannt, bildet eine MIS-Kreuzung. Wenn man einen Vorspannung Vt am SMM-Umkippung anwendet, werden Ladungsträger im Halbleiter an der Oberfläche angezogen oder verbraucht. Eine Raumladungsregion wird gebildet. Für einen gegebenen Halbleiter schwankt die Stärke der Raumladungsregion mit Vt, das die Kapazitanz der MIS-Kreuzung [2] beeinflußt. Die Breite der Raumladungsregion ist auch eine Funktion der Ladungsträgerdichte im Halbleiter, der in vielen Fällen der Konzentration des Verunreinigungsspenders oder der Akzeptoren gleich ist (d.h., die Dopantdichte).

Untersuchung von GaN-Wachstum Unter Verwendung der Scannen-Mikrowellen-Mikroskopie

Für die Untersuchung der unbeabsichtigten Lackierung von GaN, wurde eine Überwuchterungstechnik eingesetzt [3]. Nominal wurde undoped Material gewachsen. In regelmäßigen Abständen wurde Dopantmaterial in die wachsenden Zeiträume GaN kurz eingeführt und so bildete Dünnschichten von in hohem Grade lackiertem GaN. Die Probe wurde dann zerspaltet, um einen Querschnitt des gewachsenen Filmes und der Markierungsschichten freizulegen. Abbildung 1 zeigt SMM-Topographie, eine Kapazitanzkarte, eine Dopantdichtekarte des Filmquerschnitts und eine Zeile Profil über der Dopantdichtekarte.

Abbildung 1. A) bis d) SMM-Topographie, Kapazitanzkarte, Dopantdichtekarte und Querschnitt der Dopantdichtekarte nach der Grünen Grenze in c).

Die Saphirsubstratfläche ist auf dem linken Rand der Datei; die Waferoberfläche würde nach rechts weiter sein, aber sie ist nicht innerhalb des gezeigten Arbeitsbereichs. Die Topographie zeigt einen Schritt von der Substratfläche zu den GaN-Schichten, zu einigen Schritten innerhalb des GaN und zu etwas unbestimmten Verunreinigungen am rechten Rand. Die Kapazitanzkarte zeigt etwas Kontrast an der Substratflächen-/Filmschnittstelle und an einem regelmäßigen Muster von hellen und dunklen Zeilen in Richtung zur Waferoberfläche.

SMM-Dopant-Dichte-Karten

In den undoped sowie in hohem Grade lackierten Materialien der SMM-Dopantdichte-Karten, erbringen Sie ein unteres Signal oder dunkleren Regionen. Die dunklen Regionen enthalten die Saphirsubstratfläche, die in hohem Grade lackierten Markierungsschichten und die undoped GaN-Schichten. Die Regionen werden in der Abbildung 1d angezeigt. Die hellen Merkmale sind Regionen mit Transportunternehmern den niedrigen (aber nicht zu niedrig) Ladedichte, gesehen in den regelmäßigen Streifen in Richtung zur Waferoberfläche. Zwischen Schichten zurichteten „undoped“, wurde eine Schicht in hohem Grade lackiertes Material gewachsen. Beide Materialien haben wenig dC-/dVsignal und sehen dunkel aus. Wegen der Diffusion von den Transportunternehmern von lackiert in die undoped Schichten, ist eine niedrige Dichte von Transportunternehmern am Rand der undoped Region anwesend und zeigt folglich ein hohes dC-/dVsignal. Die straightregular Streifen zeigen an, dass das Filmwachstum dieser Schichten regelmäßig und glatt war.

zwischen der Substratfläche und den glatten Schichten finden wir eine andere Region des lackierten Materials. Diese Region wurde unbeabsichtigt während des Wachstumsprozesses lackiert. In dieser Region finden wir eine bis drei dunklen Bänder, die sich von links nach rechts schlängeln. Die Bänder sind in hohem Grade lackierte Markierungsschichten. Sie markieren die Stellung der Wachstumsoberfläche an jenen Zeiten, als Dopantmaterial eingeführt wurde. In der unbeabsichtigt lackierten Region zeigen die lackierten Schichten ein starkes Fluktuieren und zeigen eine raue Oberfläche während des Wachstums an [3].

Die vorbildliche Annahme, die geneigte Oberflächen für das Wachstum des unbeabsichtigt lackierten Materials entscheidend sind, kann mit Dopantdichtekarten von größeren Regionen geprüft werden. Abbildung 2 zeigt Topographie und eine Dopantdichtekarte eines ìm-weiten Scans 64. Zusätzlich zeigt ein Diagramm die Stellungen der Substratfläche, drei Markierungsschichten, die unbeabsichtigt lackierte Region und seiner Grenze, während gelbe Zeilen, rote Zeilen, mit sich kreuzenden Linien schraffierte Bereiche schwärzen, und der blauen Zeilen, beziehungsweise. Wegen der Spaltungsschritte und -verunreinigungen, die Markierungsschichten und die lackierte Region kann nicht über dem ganzen Querschnitt verfolgt werden. Deshalb bleiben einige Abstände in den Zeilen.

Abbildung 2. Topographie, Dopantdichtekarte und Diagramm von GaN überlagert auf Saphir. Die Stellungen der Substratfläche, der Markierungsschichten, der unbeabsichtigt lackierten Region und seiner Grenze werden wie gelbe Zeilen, rote Zeilen, schwarze mit sich kreuzenden Linien schraffierte Bereiche und blaue Zeilen, beziehungsweise gezeigt. Wegen der Spaltungsschritte und -verunreinigungen, die Markierungsschichten und die lackierte Region kann nicht über dem ganzen Querschnitt verfolgt werden.

Die Annahme, die geneigte Oberflächen für das Wachstum des unbeabsichtigt lackierten Materials entscheidend sind, wird durch die Tatsache unterstützt, dass dieses Material hauptsächlich in den Regionen anwesend ist, in denen die Markierungsschichten schwanken. Einbauorte signifikantes „A“ und „B“ sind vom besonderen Interesse für die Analyse. Das Schreiben „A“ markiert Regionen, in denen geneigte Oberflächen länger als auf dem umgebenden Material weiter bestanden. Hier dehnt sich das unbeabsichtigt lackierte Material weit in Richtung zur Waferoberfläche aus. Das Schreiben „B“ markiert Regionen, in denen das unbeabsichtigt lackierte Material sich weit in Richtung zur Waferoberfläche auch ausdehnt aber die geraden Markierungsschichten eine glatte Wachstumsoberfläche anzeigen.

Trotz der geraden Markierung ist es noch möglich, dass während des Wachstums die Oberfläche in und aus der flachen Richtung geneigt war. Deshalb schließen Einbauorte signifikantes „B“ nicht das geneigte Oberflächenbaumuster aus. Eine ausführliche Analyse des Baumusters kann im Artikel von R.A. Oliver [3] gefunden werden.

Zusammenfassung

Scannenmikrowellenmikroskopie, eine eindeutige Flughandbuch-basierte Methode, die durch Agilent-Technologien entwickelt wird, ist eingesetzt worden, um den Ursprung von unbeabsichtigt lackierten Regionen im Galliumnitrid nachzuforschen, das auf Saphirsubstratfläche gewachsen wird. Während des Wachstumsprozesses wurden dünne Markierungsschichten eingeführt, die Schnappschüsse der Oberflächenkonfiguration sind. Querschnitte durch diese Oberflächen decken auf, dass unbeabsichtigt lackierte Regionen in Anfangsstadien des Wachstumsprozesses wachsen, wenn die Oberfläche rau ist und die meisten Teile der Oberfläche aus dem Substratflächenflugzeug heraus gekippt werden.

Bezüge

1. H.P. Huber, M. Moertelmaier, T.M. Wallis, C.J. Chiang, M. Hochleitner, A. Imtiaz, Y.J. Oh, K. Schilcher, M. Dieudonne, J. Smoliner, P. Hinterdorfer, S.J. Rosner, H. Tanbakuchi, P. Kabos und F. Kienberger, „Kalibrierte nanoscale Kapazitanzmaße unter Verwendung eines Scannenmikrowellenmikroskops,“ Rev. Sci. Inst. 81, 1 (2010).
2. S.M. Sze, Physik von Halbleiterbauelementen, John Wiley u. Sons, New York (1981).
3. R.A. Oliver, „Anwendung der in hohem Grade Silikon-lackierten Markierung überlagert in der Untersuchung der unbeabsichtigten Lackierung in GaN auf Saphir,“ Ultramikroskopie 111 (2010).

Über Agilent-Technologien

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Agilent-Technologien bietet eine große Auswahl von Hochpräzision Atomkraftmikroskopen an (AFM), um Ihren eindeutigen Forschungsbedarf zu erfüllen. Agilents in hohem Grade konfigurierbare Instrumente erlauben Ihnen, die Fähigkeiten der Anlage zu erweitern, während Ihr Bedarf auftritt. Agilents aktiviert Industrie-führende Umwelttemperaturanlagen und das flüssige Handhaben überlegene Flüssigkeit und weiche Materialdarstellung. Anwendungen umfassen Materialkunde, Elektrochemie, Polymer und Lebenswissenschaft Anwendungen.

Autoren

Matthias A. Fenner, Agilent-Technologien
Rachel A. Oliver, Abteilung der Material-Wissenschaft und Metallurgie, Universität von Cambridge, GROSSBRITANNIEN

Quelle: Agilent-Technologien

Zu mehr Information über diese Quelle besuchen Sie bitte Agilent-Technologien.

Date Added: May 2, 2012 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 09:21

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