Utilizzando la Microscopia di Microonda di Scansione Per Studiare Altamente Ha Verniciato i Livelli dell'Indicatore in GaN su Zaffiro

Promosso dalle Tecnologie di Keysight

Indice

Introduzione
Nitruro di Gallio
Microscopia di Microonda di Scansione (SMM)
Microscopia e Semiconduttori di Microonda di Scansione
Indagine su Crescita di GaN Facendo Uso di Microscopia di Microonda di Scansione
Mappe di Densità del Dopant di SMM
Riassunto
Riferimenti
Circa le Tecnologie di Keysight
Autori

Introduzione

Questo articolo discute l'utilizzazione di microscopia di microonda di scansione (SMM), un metodo AFM basato unico messo a punto dalle Tecnologie di Keysight, in un'indagine recente sulle pellicole del nitruro di gallio (GaN) sviluppate sul substrato dello zaffiro.

Durante il processo di crescita, sottile, i livelli altamente verniciati sono stati inclusi per tracciare la forma della superficie ad intervalli regolari. La capacità di SMM per misurare le densità del dopant è stata impiegata per ricostruire le sezioni trasversali di queste superfici. Una regione involontario verniciata è stata trovata per le fasi iniziali della crescita.

La superficie della crescita in questa fase è ruvida, con le maggiori parte della superficie inclinata dall'aereo del substrato. Ciò suggerisce un modello in cui le superfici propense promuovono la comprensione involontaria del materiale del dopant. Gli Stadi avanzati del processo di crescita provocano le superfici regolari senza la verniciatura involontaria.

Nitruro di Gallio

GaN è un semiconduttore di III-V con un ampio intervallo di banda. È utilizzato nell'optoelettronica, soprattutto per la produzione dei diodi luminescenti blu e verdi (LED), con altre unità ad alta potenza, ad alta temperatura ed ad alta frequenza. Può anche essere verniciato con le impurità magnetiche, che ha applicazioni possibili in spintronics.

La sfida principale per la produzione alle delle unità basate GaN è la mancanza di materiali adatti del substrato. Rimane molto difficile da coltivare i grandi monocristalli di GaN, in modo dalle unità pricipalmente da costruzione sui wafer del substrato Sic e dello zaffiro.

La crescita heteroepitaxial dei livelli di GaN sul substrato dello zaffiro può essere compromessa dalla verniciatura involontaria durante il processo di crescita. L'Identificazione sia dell'origine che del meccanismo dell'incorporazione dei dopant è necessaria per ottimizzare alle le eterostrutture basate GaN per gli apparecchi elettronici.

Microscopia di Microonda di Scansione (SMM)

La microscopia di microonda di Scansione può essere usata per misurare i portafili di densità di carica in semiconduttori ad un'alta risoluzione spaziale. SMM combina la sensibilità molto alta di capacità di un analizzatore di rete di vettore (un Keysight PNA) con l'alta risoluzione spaziale di un microscopio atomico della forza di raggio-deformazione (un Keysight AFM) [1].

Microscopia e Semiconduttori di Microonda di Scansione

Nel lavorare con i semiconduttori, la capacità della giunzione del suggerimento-campione è influenzata dalla tendenziosità applicata del suggerimento-campione. Ciò è un comportamento ben noto in semiconduttori, particolarmente nelle giunzioni (MIS) del metallo-isolante-semiconduttore.

Molti semiconduttori, come silicio o GaAs, formano un livello d'isolamento dell'ossido una volta esposti ad ossigeno o ad aria. Questo cosiddetto ossido indigeno è solitamente molto sottile, sull'ordine degli Angstrom, ma lo spessore può essere aumentato dal trattamento termico con diverse centinaia gradi [2].

Un suggerimento metallico di SMM che scandisce una superficie a semiconduttore nelle circostanze ambientali forma una giunzione di MIS. Nell'applicare un VT di tensione di polarizzazione al suggerimento di SMM, i portatori di carica nel semiconduttore sono attirati o vuotati alla superficie.

Una regione della carica spaziale è formata. Per un semiconduttore dato, lo spessore della regione della carica spaziale varia con la Vt, che pregiudica la capacità della giunzione di MIS [2]. La larghezza della regione della carica spaziale è egualmente una funzione della densità di portatore di carica nel semiconduttore, che in molti casi è uguale alla concentrazione di atomi del donatore o di ricettore dell'impurità (cioè, la densità del dopant).

Indagine su Crescita di GaN Facendo Uso di Microscopia di Microonda di Scansione

Per l'indagine sulla verniciatura involontaria di GaN, una tecnica di crescita eccessiva è stata impiegata [3]. Nominalmente il materiale undoped si è sviluppato. Ad intervalli regolari, il materiale del dopant è stato introdotto nei periodi crescenti di GaN in breve, così formando gli strati sottili di GaN altamente verniciato.

Il campione poi è stato fenduto per esporre una sezione trasversale della pellicola sviluppata e dei livelli dell'indicatore. Figura 1 mostra la topografia di SMM, una mappa di capacità, una mappa di densità del dopant della sezione trasversale della pellicola e una riga profilo attraverso la mappa di densità del dopant.

Figura 1. a) d) a topografia di SMM, alla mappa di capacità, alla mappa di densità del dopant ed alla sezione trasversale della mappa di densità del dopant seguendo la linea verde da c).

Il substrato dello zaffiro è situato sulla barriera sinistra dell'insieme di dati; la superficie del wafer sarebbe più lontana verso la destra, ma non è all'interno dell'intervallo di scansione indicato. La topografia mostra un punto dal substrato ai livelli di GaN, a parecchi punti all'interno del GaN e ad alcune contaminazioni indefinite alla giusta barriera. La mappa di capacità mostra un certo contrasto all'interfaccia pellicola/del substrato e ad un reticolo regolare delle righe luminose e scure verso la superficie del wafer.

Mappe di Densità del Dopant di SMM

In materiali undoped come pure altamente verniciati delle mappe di densità del dopant di SMM, renda un segnale più basso o le regioni più scure. Le regioni scure comprendono il substrato dello zaffiro, i livelli altamente verniciati dell'indicatore ed i livelli undoped di GaN. Le regioni sono indicate nella la Figura 1d. Le funzionalità luminose sono regioni con i portafili bassi (ma non troppo in basso) di una densità di carica, veduti nelle bande regolari verso la superficie del wafer. Fra “il undoped„ definito livelli, un livello di materiale altamente verniciato si è sviluppato. Entrambi I materiali hanno poco segnale di dC/dV e sembrano scuri. dovuto la diffusione dei portafili dal verniciati nei livelli undoped, una densità bassa dei portafili è presente alla barriera della regione undoped e così mostra un alto segnale di dC/dV. Le bande straightregular indicano che la crescita di pellicola di questi livelli era regolare e regolare.

fra il substrato ed i livelli regolari, troviamo un'altra regione di materiale verniciato. Questa regione è stata verniciata involontario durante il processo di crescita. In questa regione, troviamo una - tre bande scure che serpeggiano da sinistra a destra. Le bande sono altamente livelli verniciati dell'indicatore. Tracciano la posizione della superficie della crescita a quei tempi in cui il materiale del dopant è stato introdotto. Nella regione involontario verniciata, i livelli verniciati mostrano una forte fluttuazione, indicante una superficie ruvida durante la crescita [3].

Il presupposto di modello che le superfici propense sono cruciali per la crescita di materiale involontario verniciato può essere provato con le mappe di densità del dopant di più grandi regioni. Figura 2 mostra la topografia e una mappa di densità del dopant di una scansione ìm di ampiezza 64. Ulteriormente, un disegno schematico mostra le posizioni del substrato, tre livelli dell'indicatore, la regione involontario verniciata ed il suo limite mentre le righe gialle, linee rosse, anneriscono le aree crosshatched e linee blu, rispettivamente. dovuto i punti e contaminazioni di fenditura, i livelli dell'indicatore e la regione verniciata non può essere rintracciato attraverso l'intera sezione trasversale. Di Conseguenza, alcune lacune rimangono nelle righe.

La Figura 2. la Topografia, mappa di densità del dopant e disegno schematico di GaN mette a strati su zaffiro. Le posizioni del substrato, dei livelli dell'indicatore, della regione involontario verniciata e del suo limite sono indicate come righe gialle, linee rosse, aree crosshatched nere e linee blu, rispettivamente. dovuto i punti e contaminazioni di fenditura, i livelli dell'indicatore e la regione verniciata non può essere rintracciato attraverso l'intera sezione trasversale.

Il presupposto che le superfici propense sono cruciali per la crescita di materiale involontario verniciato è supportato dal fatto che questo materiale è presente pricipalmente nelle regioni dove i livelli dell'indicatore oscillano. “A„ tracciato Posizioni e “la B„ sono di interesse particolare per l'analisi. La lettera “A„ traccia le regioni dove le superfici propense hanno persistito più lungamente di nel materiale circostante. Qui il materiale involontario verniciato estende più lontano verso la superficie del wafer. La lettera “B„ traccia le regioni dove il materiale involontario verniciato estende più lontano verso la superficie del wafer, anche, ma i livelli diritti dell'indicatore indicano una superficie regolare della crescita.

Malgrado l'indicatore diritto, è ancora possibile che durante la crescita la superficie sia stata propensa dentro e fuori della direzione piana. Di Conseguenza, “la B„ tracciata posizioni non preclude il modello di superficie propenso. Un'analisi dettagliata del modello può essere trovata nell'articolo da R.A. Oliver [3].

Riassunto

La microscopia di microonda di Scansione, un metodo AFM basato unico messo a punto dalle Tecnologie di Keysight, è stata impiegata per studiare l'origine delle regioni involontario verniciate in nitruro di gallio sviluppato sul substrato dello zaffiro. Durante il processo di crescita, i livelli sottili dell'indicatore sono stati introdotti che sono istantanee della configurazione di superficie. Le Sezioni Trasversali attraverso queste superfici rivelano che le regioni involontario verniciate si sviluppano nelle fasi iniziali del processo di crescita quando la superficie è ruvida e le maggiori parte della superficie sono inclinate dall'aereo del substrato.

Riferimenti

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 e F. Kienberger, “Ha Calibrato le misure di capacità del nanoscale facendo uso di un microscopio di a microonde di scansione,„ Rev. Sci. Inst. 81, 1 (2010).
2. S.M. Sze, Fisica delle Unità A Semiconduttore, John Wiley & Sons, New York (1981).
3. R.A. Oliver, “Utilizzazione dei livelli altamente silicio-verniciati dell'indicatore nell'indagine su verniciatura involontaria in GaN su zaffiro,„ Ultramicroscopia 111 (2010).

Circa le Tecnologie di Keysight

Keysight è una tecnologia e un leader di mercato elettronici globali di misura che contribuiscono a trasformare l'esperienza della misura dei sui clienti attraverso innovazione nelle soluzioni modulari e e di software del wireless. Keysight fornisce gli strumenti di misura e sistemi e strumenti elettronici di progettazione del software, del software relativo e servizi utilizzati nella progettazione, nello sviluppo, nella lavorazione, nell'impianto, nella distribuzione e nell'impiego di attrezzature elettroniche. Le Informazioni su Keysight sono disponibili a www.keysight.com.

Autori

Matthias A. Fenner, Tecnologie di Keysight
Rachel A. Oliver, Dipartimento di Scienza dei Materiali e Metallurgia, Università di Cambridge, REGNO UNITO

Sorgente: Tecnologie di Keysight

Per ulteriori informazioni su questa sorgente visualizzi prego le Tecnologie di Keysight.

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

Last Update: 16. December 2014 12:30

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