Utilizando Microscopia de la Microonda de la Exploración Para Investigar Dopó Altamente Capas de la Etiqueta De Plástico en GaN en el Zafiro

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Índice

Introducción
Nitruro del Galio
Microscopia de la Microonda de la Exploración (SMM)
Microscopia y Semiconductores de la Microonda de la Exploración
Investigación del Incremento de GaN Usando Microscopia de la Microonda de la Exploración
Correspondencias de la Densidad del Dopante de SMM
Resumen
Referencias
Sobre las Tecnologías de Keysight
Autores

Introducción

Este artículo discute la utilización de la microscopia de la microonda de la exploración (SMM), un método AFM-basado único desarrollado por las Tecnologías de Keysight, en una investigación reciente de las películas del nitruro del galio (GaN) crecidas en el substrato del zafiro.

Durante el proceso del incremento, fino, las capas altamente dopadas fueron incluidas para marcar la dimensión de una variable de la superficie a intervalos regulares. La capacidad de SMM para medir densidades del dopante fue empleada para reconstruir los cortes transversales de estas superficies. Una región involuntariamente dopada fue encontrada para los escenarios iniciales del incremento.

La superficie del incremento es en esta etapa áspera, con mayores partes de la superficie inclinada del avión del substrato. Esto sugiere un modelo en el cual las superficies inclinadas asciendan la absorción involuntaria del material del dopante. Los Estados avanzados del proceso del incremento dan lugar a superficies lisas sin el doping involuntario.

Nitruro del Galio

GaN es un semiconductor de III-V con una separación de banda amplia. Se utiliza en optoelectrónica, sobre todo para la producción de los diodos electroluminosos azules y verdes (LED), junto con otros dispositivos de alta potencia, des alta temperatura, y de alta frecuencia. Puede también ser dopado con las impurezas magnéticas, que tiene aplicaciones posibles en spintronics.

El reto principal para la producción de dispositivos GaN-basados es la falta de materiales convenientes del substrato. Sigue siendo muy difícil crecer los únicos cristales grandes de GaN, así que los dispositivos se fabrican principal en los fulminantes del zafiro y Sic del substrato.

El incremento heteroepitaxial de las capas de GaN en el substrato del zafiro se puede comprometer por el doping involuntario durante el proceso del incremento. La Identificación del origen y del mecanismo de la incorporación de dopantes es necesaria para optimizar las heteroestructuras GaN-basadas para los dispositivos electrónicos.

Microscopia de la Microonda de la Exploración (SMM)

La microscopia de la microonda de la Exploración se puede utilizar para medir la densidad de ondas portadoras en semiconductores en una alta resolución espacial. SMM combina la sensibilidad muy alta de la capacitancia de un analizador de red del vector (un Keysight PNA) con la alta resolución espacial de un microscopio atómico de la fuerza de la haz-desviación (un Keysight AFM) [1].

Microscopia y Semiconductores de la Microonda de la Exploración

Al trabajar con los semiconductores, la capacitancia de la unión de la punta-muestra es influenciada por el polarizado aplicado de la punta-muestra. Esto es un comportamiento bien conocido en semiconductores, especialmente en uniones (MIS) del metal-aislador-semiconductor.

Muchos semiconductores, como el silicio o el GaAs, forman una capa del óxido que aísla cuando están expuestos al oxígeno o al aire. Este supuesto óxido nativo es generalmente muy fino, por orden de los Angstromes, pero el espesor se puede aumentar en el tratamiento térmico con varios cientos de grados [2].

Una punta metálica de SMM que explora una superficie del semiconductor en condiciones ambiente forma una unión del MIS. Al aplicar un Vt del voltaje de polarización a la punta de SMM, las ondas portadoras en el semiconductor se atraen o se agotan en la superficie.

Se forma una región de carga de espacio. Para un semiconductor dado, el espesor de la región de carga de espacio varía con Vt, que afecta a la capacitancia de la unión del MIS [2]. El ancho de la región de carga de espacio es también una función de la densidad de portador de carga en el semiconductor, que en muchos casos es igual a la concentración de átomos del donante o de validador de la impureza (es decir, la densidad del dopante).

Investigación del Incremento de GaN Usando Microscopia de la Microonda de la Exploración

Para la investigación del doping involuntario de GaN, una técnica del crecimiento excesivo fue empleada [3]. El material sin impurificar fue crecido Nominal. A intervalos regulares, el material del dopante fue introducido en el GaN creciente por períodos cortos, así formando capas delgadas de GaN altamente dopado.

La muestra entonces fue hendida para exponer un corte transversal de la película crecida y de las capas de la etiqueta de plástico. El Cuadro 1 muestra la topografía de SMM, una correspondencia de la capacitancia, una correspondencia de la densidad del dopante del corte transversal de la película, y una línea perfil a través de la correspondencia de la densidad del dopante.

Cuadro 1. a) a d) topografía de SMM, correspondencia de la capacitancia, correspondencia de la densidad del dopante, y corte transversal de la correspondencia de la densidad del dopante a lo largo de la Línea Verde en c).

El substrato del zafiro está situado en el borde izquierdo del conjunto de datos; la superficie del fulminante sería más lejana hacia la derecha, pero no está dentro del rango de la exploración mostrado. La topografía muestra un paso de progresión del substrato a las capas de GaN, a varios pasos de progresión dentro del GaN, y a algunas contaminaciones indefinidas en el borde correcto. La correspondencia de la capacitancia muestra un cierto contraste en el interfaz del substrato/de la película y un modelo regular de líneas brillantes y oscuras hacia la superficie del fulminante.

Correspondencias de la Densidad del Dopante de SMM

En materiales sin impurificar así como altamente dopados de las correspondencias de la densidad del dopante de SMM, rinda una señal más inferior o regiones más oscuras. Las regiones oscuras comprenden el substrato del zafiro, las capas altamente dopadas de la etiqueta de plástico, y las capas sin impurificar de GaN. Las regiones se indican en la Figura 1d. Las características brillantes son regiones con una densidad inferior (pero no demasiado baja) de ondas portadoras, considerada en los galones regulares hacia la superficie del fulminante. Entre el “sin impurificar aparada las capas”, una capa de material altamente dopado fue crecida. Ambos materiales tienen poca señal de dC/dV y aparecen oscuros. Debido a la difusión de los portadores del dopados en las capas sin impurificar, una baja densidad de portadores está presente en el borde de la región sin impurificar y muestra así una alta señal de dC/dV. Los galones straightregular indican que el incremento de película de estas capas era regular y liso.

entre el substrato y las capas lisas, encontramos otra región de material dopado. Esta región fue dopada involuntariamente durante el proceso del incremento. En esta región, encontramos una a tres bandas oscuras que serpentean de izquierda a derecha. Las bandas son altamente capas dopadas de la etiqueta de plástico. Marcan la posición de la superficie del incremento en esos momentos en que el material del dopante fue introducido. En la región involuntariamente dopada, las capas dopadas muestran una fluctuación fuerte, indicando una superficie áspera durante el incremento [3].

La suposición modelo que las superficies inclinadas son cruciales para el incremento del material involuntariamente dopado se puede probar con las correspondencias de la densidad del dopante de regiones más grandes. El Cuadro 2 muestra la topografía y una correspondencia de la densidad del dopante de una exploración ìm-ancha 64. Además, un diagrama esquemático muestra las posiciones del substrato, tres capas de la etiqueta de plástico, la región involuntariamente dopada, y su límite como las líneas amarillas, líneas rojas, ennegrecen áreas marcadas con rayitas cruzadas, y las líneas azules, respectivamente. Debido a los pasos de progresión y las contaminaciones de la hendidura, las capas de la etiqueta de plástico y la región dopada no puede ser rastreado a través del corte transversal entero. Por Lo Tanto, sigue habiendo algunas separaciones en las líneas.

El Cuadro 2. Topografía, correspondencia de la densidad del dopante, y diagrama esquemático de GaN acoda en el zafiro. Las posiciones del substrato, de las capas de la etiqueta de plástico, de la región involuntariamente dopada, y de su límite se muestran como las líneas amarillas, líneas rojas, áreas marcadas con rayitas cruzadas negras, y líneas azules, respectivamente. Debido a los pasos de progresión y las contaminaciones de la hendidura, las capas de la etiqueta de plástico y la región dopada no puede ser rastreado a través del corte transversal entero.

La suposición que las superficies inclinadas son cruciales para el incremento del material involuntariamente dopado es utilizada por el hecho de que este material está presente principal en las regiones donde fluctúan las capas de la etiqueta de plástico. “A marcada las Ubicaciones” y “B” están de interés determinado para el análisis. La carta “A” marca las regiones donde las superficies inclinadas persistieron más de largo que en el material circundante. Aquí el material involuntariamente dopado extiende más lejos hacia la superficie del fulminante. La carta “B” marca las regiones donde el material involuntariamente dopado extiende más lejos hacia la superficie del fulminante, también, pero las capas derechas de la etiqueta de plástico indican una superficie lisa del incremento.

A Pesar De la etiqueta de plástico derecha, es todavía posible que durante incremento la superficie estaba inclinada dentro y fuera de la dirección plano. Por Lo Tanto, “B marcado las ubicaciones” no impide el modelo superficial inclinado. Un análisis detallado del modelo se puede encontrar en el artículo por R.A. Oliverio [3].

Resumen

La microscopia de la microonda de la Exploración, un método AFM-basado único desarrollado por las Tecnologías de Keysight, se ha empleado para investigar el origen de regiones involuntariamente dopadas en el nitruro del galio crecido en el substrato del zafiro. Durante el proceso del incremento, las capas finas de la etiqueta de plástico fueron introducidas que son fotos de la configuración superficial. Los Cortes transversales a través de estas superficies revelan que las regiones involuntariamente dopadas crecen en los escenarios iniciales del proceso del incremento cuando la superficie es áspera y mayores partes de la superficie se inclinan del avión del substrato.

Referencias

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, y F. Kienberger, “Calibró mediciones de la capacitancia del nanoscale usando un microscopio de la microonda de la exploración,” Rev. Sci. Inst. 81, 1 (2010).
2. S.M. Sze, la Física de los Dispositivos de Semiconductor, Juan Wiley y Sons, Nueva York (1981).
3. R.A. Oliverio, “Aplicación de las capas altamente silicio-dopadas de la etiqueta de plástico en la investigación del doping involuntario en GaN en el zafiro,” Ultramicroscopía 111 (2010).

Sobre las Tecnologías de Keysight

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Autores

Matías A. Fenner, Tecnologías de Keysight
Raquel A. Oliverio, Departamento de la Ciencia Material y Metalurgia, Universidad de Cambridge, REINO UNIDO

Fuente: Tecnologías de Keysight

Para más información sobre esta fuente visite por favor las Tecnologías de Keysight.

Date Added: May 2, 2012 | Updated: Dec 16, 2014

Last Update: 16. December 2014 12:31

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