Utilizando a Microscopia da Microonda da Exploração Para Investigar Lubrificou Altamente Camadas do Marcador em GaN na Safira

Patrocinado por Tecnologias de Keysight

Índice

Introdução
Nitreto do Gálio
Microscopia da Microonda da Exploração (SMM)
Microscopia e Semicondutores da Microonda da Exploração
Investigação do Crescimento de GaN Usando a Microscopia da Microonda da Exploração
Mapas da Densidade do Entorpecente de SMM
Sumário
Referências
Sobre Tecnologias de Keysight
Autores

Introdução

Este artigo discute a utilização da microscopia da microonda da exploração (SMM), um método AFM-baseado original desenvolvido por Tecnologias de Keysight, em uma investigação recente dos filmes do nitreto do gálio (GaN) crescidos na carcaça da safira.

Durante o processo do crescimento, fino, as camadas altamente lubrificadas foram incluídas para marcar em intervalos regulares a forma da superfície. A capacidade de SMM para medir densidades do entorpecente foi empregada para reconstruir secções transversais destas superfícies. Uma região involuntàriamente lubrificada foi encontrada para as fases iniciais do crescimento.

A superfície do crescimento é nesta fase áspera, com maiorias da superfície inclinada fora do plano da carcaça. Isto sugere um modelo em que as superfícies inclinados promovem a tomada involuntária do material do entorpecente. Os Estados avançados do processo do crescimento conduzem às superfícies lisas sem lubrificação involuntária.

Nitreto do Gálio

GaN é um semicondutor de III-V com uma diferença de faixa larga. É usado na óptica electrónica, primeiramente para a produção dos diodos luminescentes azuis e verdes (DIODO EMISSOR DE LUZ), junto com outros dispositivos de alta potência, de alta temperatura, e de alta freqüência. Pode igualmente ser lubrificado com impurezas magnéticas, que tem aplicações possíveis no spintronics.

O desafio principal para a produção de dispositivos GaN-baseados é a falta de materiais apropriados da carcaça. Permanece muito difícil crescer grandes únicos cristais de GaN, assim que os dispositivos são fabricados principalmente em bolachas da safira e Sic da carcaça.

O crescimento heteroepitaxial de camadas de GaN na carcaça da safira pode ser comprometido pela lubrificação involuntária durante o processo do crescimento. A Identificação da origem e do mecanismo da incorporação dos entorpecentes é necessário a fim aperfeiçoar heterostrutura GaN-baseadas para dispositivos electrónicos.

Microscopia da Microonda da Exploração (SMM)

A microscopia da microonda da Exploração pode ser usada para medir a densidade dos portador de carga nos semicondutores em uma definição espacial alta. SMM combina a sensibilidade muito alta da capacidade de um analisador de rede do vector (um Keysight PNA) com a definição espacial alta de um microscópio atômico da força da feixe-deflexão (um Keysight AFM) [1].

Microscopia e Semicondutores da Microonda da Exploração

Ao trabalhar com semicondutores, a capacidade da junção da ponta-amostra é influenciada pela polarização aplicada da ponta-amostra. Este é um comportamento conhecido nos semicondutores, especialmente em junções (MIS) do metal-isolador-semicondutor.

Muitos semicondutores, como o silicone ou o GaAs, formam uma camada de isolamento do óxido quando expor ao oxigênio ou ao ar. Este óxido nativo assim chamado é geralmente muito fino, na ordem dos Ångströms, mas a espessura pode ser aumentada pelo tratamento térmico com várias centenas graus [2].

Uma ponta metálica de SMM que faz a varredura de uma superfície do semicondutor em circunstâncias ambientais forma uma junção do MIS. Ao aplicar um Vt da tensão diagonal à ponta de SMM, os portador de carga no semicondutor são atraídos ou esgotados na superfície.

Uma região de carga de espaço é formada. Para um semicondutor dado, a espessura da região de carga de espaço varia com Vt, que afecta a capacidade da junção do MIS [2]. A largura da região de carga de espaço é igualmente uma função da densidade de portador da carga no semicondutor, que é em muitos casos igual à concentração de átomos do doador ou de autómato da impureza (isto é, a densidade do entorpecente).

Investigação do Crescimento de GaN Usando a Microscopia da Microonda da Exploração

Para a investigação da lubrificação involuntária de GaN, uma técnica do overgrowth foi empregada [3]. O material undoped foi crescido Nominal. Em intervalos regulares, o material do entorpecente foi introduzido nos períodos crescentes de GaN para breve, assim formando camadas finas de GaN altamente lubrificado.

A amostra foi fendida então para expr um secção transversal do filme crescido e das camadas do marcador. Figura 1 mostra a topografia de SMM, um mapa da capacidade, um mapa da densidade do entorpecente do secção transversal do filme, e uma linha perfil através do mapa da densidade do entorpecente.

Figura 1. a) a d) topografia de SMM, mapa da capacidade, mapa da densidade do entorpecente, e secção transversal do mapa da densidade do entorpecente ao longo da linha verde em c).

A carcaça da safira é ficada situada na borda esquerda da série de dados; a superfície da bolacha seria mais distante para o direito, mas não está dentro da escala da varredura mostrada. A topografia mostra uma etapa da carcaça às camadas de GaN, a diversas etapas dentro do GaN, e a algumas contaminações indeterminadas na borda direita. O mapa da capacidade mostra algum contraste na relação da carcaça/filme e em um teste padrão regular de linhas brilhantes e escuras para a superfície da bolacha.

Mapas da Densidade do Entorpecente de SMM

Em materiais undoped assim como altamente lubrificados dos mapas da densidade do entorpecente de SMM, renda um sinal mais baixo ou umas regiões mais escuras. As regiões escuras compreendem a carcaça da safira, as camadas altamente lubrificadas do marcador, e as camadas undoped de GaN. As regiões são indicadas na Figura 1d. As características brilhantes são regiões com uma baixa (mas não demasiado baixo) densidade dos portador de carga, considerada nas listras regulares para a superfície da bolacha. Entre o “undoped dublado camadas”, uma camada de material altamente lubrificado foi crescida. Ambos Os materiais têm pouco sinal de dC/dV e parecem escuros. Devido à difusão dos portadores do lubrificados nas camadas undoped, uma baixa densidade dos portadores esta presente na borda da região undoped e mostra assim um sinal alto de dC/dV. As listras straightregular indicam que o crescimento de filme destas camadas era regular e liso.

entre a carcaça e as camadas lisas, nós encontramos uma outra região de material lubrificado. Esta região foi lubrificada involuntàriamente durante o processo do crescimento. Nesta região, nós encontramos uma a três faixas escuras que meandramos da esquerda para a direita. As faixas são altamente camadas lubrificadas do marcador. Marcam a posição da superfície do crescimento naquelas horas em que o material do entorpecente foi introduzido. Na região involuntàriamente lubrificada, as camadas lubrificadas mostram uma flutuação forte, indicando uma superfície áspera durante o crescimento [3].

A suposição modelo que as superfícies inclinados são cruciais para o crescimento do material involuntàriamente lubrificado pode ser testada com os mapas da densidade do entorpecente de regiões maiores. Figura 2 mostra a topografia e um mapa da densidade do entorpecente de uma varredura 64 ìm-larga. Adicionalmente, um diagrama esquemático mostra as posições da carcaça, três camadas do marcador, a região involuntàriamente lubrificada, e seu limite como as linhas amarelas, linhas vermelhas, enegrecem áreas hachuradas, e linhas azuis, respectivamente. Devido às etapas e as contaminações da segmentação, as camadas do marcador e a região lubrificada não pode ser seguido através do secção transversal do todo. Conseqüentemente, algumas diferenças permanecem nas linhas.

A Figura 2. Topografia, mapa da densidade do entorpecente, e diagrama esquemático de GaN mergulha na safira. As posições da carcaça, das camadas do marcador, da região involuntàriamente lubrificada, e de seu limite são mostradas como linhas amarelas, linhas vermelhas, áreas hachuradas pretas, e linhas azuis, respectivamente. Devido às etapas e as contaminações da segmentação, as camadas do marcador e a região lubrificada não pode ser seguido através do secção transversal do todo.

A suposição que as superfícies inclinados são cruciais para o crescimento do material involuntàriamente lubrificado é apoiada pelo facto de que este material esta presente principalmente nas regiões onde as camadas do marcador flutuam. “A marcado Lugar” e “B” são do interesse particular para a análise. A letra “A” marca as regiões onde as superfícies inclinados persistiram mais por muito tempo do que no material circunvizinho. Aqui o material involuntàriamente lubrificado estende mais distante para a superfície da bolacha. A letra “B” marca as regiões onde o material involuntàriamente lubrificado estende mais distante para a superfície da bolacha, também, mas as camadas rectas do marcador indicam uma superfície lisa do crescimento.

Apesar do marcador recto, é ainda possível que durante o crescimento a superfície era inclinado dentro e fora do sentido plano. Conseqüentemente, “B marcado lugar” não impossibilita o modelo de superfície inclinado. Uma análise detalhada do modelo pode ser encontrada no artigo por R.A. Oliver [3].

Sumário

A microscopia da microonda da Exploração, um método AFM-baseado original desenvolvido por Tecnologias de Keysight, foi empregada para investigar a origem de regiões involuntàriamente lubrificadas no nitreto do gálio crescido na carcaça da safira. Durante o processo do crescimento, as camadas finas do marcador foram introduzidas que são instantâneos da configuração de superfície. Os Secções Transversais através destas superfícies revelam que as regiões involuntàriamente lubrificadas crescem em fases iniciais do processo do crescimento quando a superfície é áspera e as maiorias da superfície estão inclinadas fora do plano da carcaça.

Referências

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, “Calibrou medidas da capacidade do nanoscale usando um microscópio da microonda da exploração,” Rev. Sci. Inst. 81, 1 (2010).
2. S.M. Sze, Física de Dispositivos de Semicondutor, John Wiley & Filho, New York (1981).
3. R.A. Oliver, “Aplicação de camadas altamente silicone-lubrificadas do marcador na investigação da lubrificação involuntária em GaN na safira,” Ultramicroscopy 111 (2010).

Sobre Tecnologias de Keysight

Keysight é uma tecnologia e um lider do mercado eletrônicos globais da medida que ajudam a transformar a experiência da medida dos seus clientes através da inovação em soluções sem fio, modulares, e de software. Keysight fornece instrumentos da medida e os sistemas e ferramentas eletrônicas de software relacionado, de projecto do software e os serviços usados no projecto, na revelação, na fabricação, na instalação, no desenvolvimento e no funcionamento do equipamento eletrônico. A Informação sobre Keysight está disponível em www.keysight.com.

Autores

Matthias A. Fenner, Tecnologias de Keysight
Rachel A. Oliver, Departamento da Ciência de Materiais e Metalurgia, Universidade de Cambridge, REINO UNIDO

Source: Tecnologias de Keysight

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

Last Update: 16. December 2014 12:31

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