Het Gebruiken van de Te Onderzoeken Microscopie van de Microgolf van het Aftasten Smeerde Hoogst de Lagen van de Teller in GaN op Saffier

Gesponsord door Keysight Technologies

Inhoudstafel

Inleiding
Het Nitride van het Gallium
De Microscopie van de Microgolf van het Aftasten (SMM)
De Microscopie en de Halfgeleiders van de Microgolf van het Aftasten
Onderzoek van de Groei GaN die de Microscopie van de Microgolf van het Aftasten Gebruikt
De Kaarten van de Dichtheid van het Additief SMM
Samenvatting
Verwijzingen
Ongeveer Technologieën Keysight
Auteurs

Inleiding

Dit artikel bespreekt het gebruik van de microscopie van de aftastenmicrogolf (SMM), een unieke op AFM-Gebaseerde methode die door Keysight Technologies, in een recent onderzoek de films van van het galliumnitride (GaN) wordt ontwikkeld die op saffiersubstraat worden gekweekt.

Tijdens het dunne de groeiproces, waren de hoogst gesmeerde lagen inbegrepen om de vorm van de oppervlakte met regelmatige intervallen te merken. Vermogen van SMM om additiefdichtheid te meten was aangewend om dwarsdoorsneden van deze oppervlakten opnieuw op te bouwen. Een ongewild gesmeerd gebied werd gevonden voor de aanvankelijke stadia van de groei.

De de groeioppervlakte in dit stadium is ruw, met de meeste delen van de oppervlakte die uit het substraatvliegtuig wordt overgeheld. Dit stelt een model voor waarin de geneigde oppervlakten het onbedoelde begrijpen van additiefmateriaal bevorderen. De Recentere stadia van het de groeiproces resulteren in vlotte oppervlakten zonder het onbedoelde smeren.

Het Nitride van het Gallium

GaN is een IIIV halfgeleider met een breed bandhiaat. Het wordt gebruikt in opto-elektronica, hoofdzakelijk voor de productie van blauwe en groene lichtgevende dioden (LEIDEN), samen met andere high-power, op hoge temperatuur, en met hoge frekwentie apparaten. Het kan ook met magnetische onzuiverheden worden gesmeerd, die mogelijke toepassingen in spintronics heeft.

De belangrijkste uitdaging voor de productie van op gaN-Gebaseerde apparaten is het gebrek aan geschikte substraatmaterialen. Het blijft zeer moeilijk om grote enige kristallen te kweken GaN, zodat worden de apparaten hoofdzakelijk vervaardigd op saffier en sic substraatwafeltjes.

De heteroepitaxial groei van lagen GaN op saffiersubstraat kan door onbedoelde te smeren tijdens het de groeiproces worden gecompromitteerd. De Identificatie van zowel de oorsprong als het mechanisme van integratie van additieven is nodig om op gaN-Gebaseerde heterostructuren voor elektronische apparaten te optimaliseren.

De Microscopie van de Microgolf van het Aftasten (SMM)

De de microgolfmicroscopie van het Aftasten kan worden gebruikt om de dichtheid van lastencarriers in halfgeleiders bij een hoge ruimteresolutie te meten. SMM combineert de zeer hoge capacitieve weerstandsgevoeligheid van een vectornetwerkanalysator (een Keysight PNA) met de hoge ruimteresolutie van een straal-afbuiging atoomkrachtmicroscoop (een Keysight AFM) [1].

De Microscopie en de Halfgeleiders van de Microgolf van het Aftasten

Wanneer het werken met halfgeleiders, wordt de capacitieve weerstand van de uiteinde-steekproef verbinding beïnvloed door toegepaste uiteinde-steekproef bias. Dit is een bekend gedrag in halfgeleiders, vooral in metaal-isolatie-halfgeleider (MIS) verbindingen.

Vele halfgeleiders, zoals silicium of GaAs, vormen een het isoleren oxydelaag wanneer blootgesteld aan zuurstof of lucht. Dit zogenaamde inheemse oxyde is gewoonlijk zeer dun, op de orde van Ångström, maar de dikte kan met thermische behandeling met honderden graden [2] worden verhoogd.

Een metaaluiteinde SMM die een halfgeleideroppervlakte in omringende voorwaarden aftast vormt een MIS verbinding. Wanneer het toepassen van bias voltageVt op het uiteinde SMM, worden de lastencarriers in de halfgeleider of aangetrokken aan de oppervlakte aangetrokken.

Een ruimtelastengebied wordt gevormd. Voor een bepaalde halfgeleider, varieert de dikte van het ruimtelastengebied met Vt, dat de capacitieve weerstand van de MIS verbinding [2] beïnvloedt. De breedte van het ruimtelastengebied is ook een functie met de lastencarrier dichtheid in de halfgeleider, die in veel gevallen aan de concentratie van van de onzuiverheidsdonor of acceptor atomen (d.w.z., de additiefdichtheid) gelijk is.

Onderzoek van de Groei GaN die de Microscopie van de Microgolf van het Aftasten Gebruikt

Voor het onderzoek van het onbedoelde smeren van GaN, was een te sterke groeitechniek aangewend [3]. Nominaal werd undoped materiaal gekweekt. Met regelmatige intervallen, werd het additiefmateriaal geïntroduceerd in het groeien GaN voor korte periodes, waarbij dunne lagen van hoogst gesmeerde GaN worden gevormd.

De steekproef werd toen gespleten om een dwarsdoorsnede van de gekweekte film en de tellerslagen bloot te stellen. Figuur 1 toont topografie SMM, een capacitieve weerstandskaart, een kaart van de additiefdichtheid van de filmdwarsdoorsnede, en een lijnprofiel over de kaart van de additiefdichtheid.

Figuur 1. a) aan D) topografie SMM, capacitieve weerstandskaart, de kaart van de additiefdichtheid, en dwarsdoorsnede van de kaart van de additiefdichtheid volgens de groene lijn in c).

Het saffiersubstraat wordt gevestigd op de linkerrand van de gegevensreeks; de wafeltjeoppervlakte zou verder naar het recht zijn, maar het is niet binnen de getoonde aftastenwaaier. De topografie toont een stap van het substraat aan de lagen GaN, verscheidene stappen binnen GaN, en sommige niet gedefiniëerde verontreiniging bij de juiste rand. De capacitieve weerstandskaart toont wat contrast bij de substraat/filminterface en een regelmatig patroon van heldere en donkere lijnen naar de wafeltjeoppervlakte.

De Kaarten van de Dichtheid van het Additief SMM

In SMM de kaarten, undoped evenals hoogst gesmeerde materialen van de additiefdichtheid breng een lager signaal of donkerdere gebieden op. De donkere gebieden bestaan uit het saffiersubstraat, uit de hoogst gesmeerde tellerslagen, en uit de undoped lagen GaN. De gebieden zijn vermeld in Cijfer 1d. De heldere eigenschappen zijn gebieden met een lage (maar niet te lage) dichtheid van lastencarriers, die in de regelmatige strepen naar de wafeltjeoppervlakte wordt gezien. Tussen de lagen gesynchroniseerd „undoped“, werd een laag van hoogst gesmeerd materiaal gekweekt. Beide materialen hebben weinig signaal dC/dV en lijken donker. wegens verspreiding van carriers van gesmeerd in de undoped lagen, is een lage dichtheid van carriers aanwezig bij de rand van het undoped gebied en toont zo een hoog signaal dC/dV. De straightregular strepen wijzen erop dat de filmgroei van deze lagen regelmatig en vlot was.

in - tussen het substraat en de vlotte lagen, vinden wij een ander gebied van gesmeerd materiaal. Dit gebied werd ongewild gesmeerd tijdens het de groeiproces. In dit gebied, vinden wij één tot drie donkere banden van links naar rechts kronkelend. De banden zijn hoogst gesmeerde tellerslagen. Zij merken de positie van de de groeioppervlakte in die tijden toen het additiefmateriaal werd geïntroduceerd. In het ongewild gesmeerde gebied, tonen de gesmeerde lagen een sterke schommeling, die op een ruwe oppervlakte wijst tijdens de groei [3].

De modelveronderstelling dat de geneigde oppervlakten voor de groei van ongewild gesmeerd materiaal essentieel zijn kan met de kaarten van de additiefdichtheid van grotere gebieden worden getest. Figuur 2 toont topografie en een kaart van de additiefdichtheid van een ìm-breed aftasten 64. Bovendien, toont een schema de posities van het substraat, drie tellerslagen, het ongewild gesmeerde gebied, en zijn grens aangezien de gele lijnen, rode lijnen, zwarte gebieden, en blauwe lijnen, respectievelijk crosshatched. wegens splijtenstappen en verontreiniging, teller kunnen de lagen en het gesmeerde gebied niet over de gehele dwarsdoorsnede worden gevonden. Daarom blijven sommige hiaten in de lijnen.

Figuur 2. Topografie, de kaart van de additiefdichtheid, en schema van lagen GaN op saffier. De posities van het substraat, de tellerslagen, het ongewild gesmeerde gebied, en zijn grens worden getoond aangezien de gele lijnen, rode lijnen, zwarte gebieden, en blauwe lijnen, respectievelijk crosshatched. wegens splijtenstappen en verontreiniging, teller kunnen de lagen en het gesmeerde gebied niet over de gehele dwarsdoorsnede worden gevonden.

De veronderstelling dat de geneigde oppervlakten voor de groei van ongewild gesmeerd materiaal essentieel zijn wordt gesteund door het feit dat dit materiaal hoofdzakelijk in de gebieden aanwezig is waar de tellerslagen schommelen. De Plaatsen merkten „A“ en „B“ is van bijzonder belang voor de analyse. Gebieden de van brieven „A“ tekens waar de geneigde oppervlakten langer dan in het omringende materiaal voortduurden. Hier breidt het ongewild gesmeerde materiaal zich verder naar de wafeltjeoppervlakte uit. Gebieden de van brieven „B“ tekens waar het ongewild gesmeerde materiaal zich verder naar de wafeltjeoppervlakte, ook, maar de rechte tellerslagen uitbreidt wijzen op een vlotte de groeioppervlakte.

Ondanks de rechte teller, is het nog mogelijk dat tijdens de groei de oppervlakte in en uit de vliegtuigrichting werd geneigd. Daarom sluit plaatsen duidelijke „B“ niet het geneigde oppervlaktemodel uit. Een gedetailleerde analyse van het model kan in het artikel door R.A. Oliver [3] worden gevonden.

Samenvatting

De de microgolfmicroscopie van het Aftasten, een unieke op AFM-Gebaseerde methode die door Keysight Technologies wordt ontwikkeld, is aangewend om de oorsprong van ongewild gesmeerde gebieden in galliumnitride te onderzoeken dat op saffiersubstraat wordt gekweekt. Tijdens het de groeiproces, werden de dunne tellerslagen geïntroduceerd die momentopnamen van de oppervlakteconfiguratie zijn. De Dwarsdoorsneden door deze oppervlakten openbaren dat de ongewild gesmeerde gebieden in aanvankelijke stadia van het de groeiproces groeien wanneer de oppervlakte ruw is en de meeste delen van de oppervlakte zijn overgeheld uit het substraatvliegtuig.

Verwijzingen

1. P.K. 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, en F. Kienberger, „Kalibreerde nanoscale capacitieve weerstandsmetingen gebruikend een microscoop van de aftastenmicrogolf,“ Sc.i van Toer. Inst. 81, 1 (2010).
2. S.M. Sze, Fysica van de Apparaten van de Halfgeleider, John Wiley & Zonen, New York (1981).
3. R.A. Oliver, „Toepassing van hoogst silicium-gesmeerde tellerslagen in het onderzoek van het onbedoelde smeren in GaN op saffier,“ Ultramicroscopie 111 (2010).

Ongeveer Technologieën Keysight

Keysight is een globale elektronische van de metingstechnologie en markt leider die de metingservaring van zijn klanten door innovatie helpt om te zetten in draadloze, modulaire, en softwareoplossingen. Keysight verleent elektronische metingsinstrumenten en systemen en verwante software, van het softwareontwerp hulpmiddelen en de diensten die in het ontwerp, de ontwikkeling, de vervaardiging, de installatie, de plaatsing en de verrichting van elektronische apparatuur worden gebruikt. De Informatie over Keysight is beschikbaar in www.keysight.com.

Auteurs

Matthias A. Fenner, Technologieën Keysight
Rachel A. Oliver, Afdeling van de Wetenschap van Materialen en Metallurgie, Universiteit van Cambridge, het UK

Bron: De Technologieën van Keysight

Voor meer informatie over deze bron te bezoeken gelieve Technologieën Keysight.

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

Last Update: 16. December 2014 12:29

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit