Использующ Микроскопию Микроволны Скеннирования для того чтобы Расследовать Сильно Дал Допинг Слоям Отметки в GaN на Сапфире

Содержание

Введение
Нитрид Галлия
Микроскопия Микроволны Скеннирования (SMM)
Микроскопия и Полупроводники Микроволны Скеннирования
Исследование Роста GaN Используя Микроскопию Микроволны Скеннирования
Карты Плотности Dopant SMM
Сводка
Справки
О Технологиях Agilent
Авторы

Введение

Эта статья обсуждает использование микроскопии микроволны скеннирования (SMM), уникально AFM-основанный метод начатый Технологиями Agilent, в недавнем исследовании фильмов нитрида галлия, котор (GaN) росли на субстрате сапфира.

Во Время процесса роста, тонкого, сильно данные допинг слои были включены для того чтобы маркировать форму поверхности на регулярных интервалах. Возможность SMM для того чтобы измерить плотности dopant была использована для того чтобы реконструировать поперечные сечения этих поверхностей. Unintentionally данная допинг зона была найдена для отправных точек роста. Поверхность роста на этой стадии груба, с большинствами поверхности опрокинутой из плоскости субстрата. Это предлагает модель в которой склонные поверхности повышают неумышленное понимание материала dopant. Более поздняя стадия процесса роста приводят к в ровных поверхностях без неумышленный давать допинг.

Нитрид Галлия

GaN полупроводник III-V с широким зазором диапазона. Оно использован в оптической электронике, главным образом для продукции голубых и зеленых светоиспускающих диодов (СИД), вместе с другими высокомощными, высокотемпературными, и высокочастотными приборами. Ему можно также дать допинг с магнитными примесями, который имеет возможные применения в spintronics. Главным образом возможность для продукции GaN-основанных приборов отсутсвие соответствующих материалов субстрата. Остает очень трудно вырасти большие кристаллы GaN одиночные, поэтому приборы главным образом изготовлены на вафлях сапфира и субстрата SiC. Heteroepitaxial рост слоев GaN на субстрате сапфира может быть скомпрометирован неумышленный давать допинг во время процесса роста. Идентификация как начала, так и механизма внесения dopants необходимо для того чтобы оптимизировать GaN-основанные гетероструктуры для электронных устройств.

Микроскопия Микроволны Скеннирования (SMM)

Микроскопию микроволны Скеннирования можно использовать для того чтобы измерить плотность переносов ионов в полупроводниках на высоком пространственном разрешении. SMM совмещает очень высокую чувствительность емкости анализатора сети вектора (Agilent PNA) с высоким пространственным разрешением микроскопа усилия отклонения электронного луча атомного (Agilent AFM) [1].

Микроскопия и Полупроводники Микроволны Скеннирования

При работе с полупроводниками, емкость соединения подсказк-образца повлияна на прикладной смещением подсказк-образца. Это известное поведение в полупроводниках, специально в соединениях (MIS) металл-изолятор-полупроводника. Много полупроводников, как кремний или GaAs, формируют изолируя слой окиси подвергано действию к кислороду или воздуху. Эта так называемая родная окись обычно очень тонка, на заказе Ангстромов, но толщина может быть увеличена термальной обработкой с нескольк 100 градусами [2].

Металлическая подсказка SMM просматривая поверхность полупроводника в внешних условиях формирует соединение MIS. Прикладывая Vt напряжения смещения к подсказке SMM, переносы ионов в полупроводнике привлечены или истощены на поверхности. Зона обязанности космоса сформирована. Для, котор дали полупроводника, толщина зоны обязанности космоса меняет с Vt, который влияет на емкость соединения MIS [2]. Ширина зоны обязанности космоса также функция плотности переноса ионов в полупроводнике, который в много случаев равн к концентрации атомов дарителя или акцептора примеси (т.е., плотности dopant).

Исследование Роста GaN Используя Микроскопию Микроволны Скеннирования

Для исследования неумышленный давать допинг GaN, был использован метод перероста [3]. Номинально undoped материал росся. На регулярных интервалах, материал dopant был введен в растущее GaN на короткие периоды, таким образом формирующ тонкие слои сильно данного допинг GaN. Образец после этого был для того чтобы подвергнуть действию поперечное сечение, котор росли фильма и слоев отметки. На Диаграмму 1 показано топографию SMM, карту емкости, карту плотности dopant поперечного сечения фильма, и линию профиль через карту плотности dopant.

Диаграмма 1. a) к топографии d) SMM, карте емкости, карте плотности dopant, и поперечному сечению карты плотности dopant вдоль зеленой линии в c).

Субстрат сапфира расположен на левом крае набора данных; поверхность вафли была бы более далека к праву, но она нет внутри показанный ряд развертки. Топография показывает шаг от субстрата к слоям GaN, нескольким шагов в пределах GaN, и некоторых неопределенных загрязнениям на правом крае. Карта емкости показывает некоторый контраст на интерфейсе субстрата/фильма и регулярн картине ярких и темных линий к поверхности вафли.

Карты Плотности Dopant SMM

В материалах карт плотности dopant SMM, undoped так же, как сильно данных допинг произведите более низкий сигнал или более темные зоны. Темные зоны состоят из субстрата сапфира, сильно данных допинг слоев отметки, и undoped слоев GaN. Зоны показаны в Диаграмме 1d. Яркие характеристики зоны при низкая (но не слишком низко) плотность переносов ионов, увиденная в регулярн нашивках к поверхности вафли. Между «undoped» ое слоями, росся слой сильно данного допинг материала. Оба материала имеют меньший сигнал dC/dV и кажутся темными. Должно к диффузии несущих от данных допинг в undoped слои, низкая плотность несущих присутствовал на крае undoped зоны и таким образом показывает высокий сигнал dC/dV. Straightregular нашивки показывают что рост фильма этих слоев был регулярн и ровн.

между субстратом и ровными слоями, мы находим другая зона данного допинг материала. Эта зона unintentionally была дана допинг во время процесса роста. В этой зоне, мы находим один до 3 темных диапазона извиваясь от левого к праву. Диапазоны сильно данные допинг слои отметки. Они маркируют положение поверхности роста на тех временах когда материал dopant был введен. В unintentionally данной допинг зоне, данные допинг слои показывают сильную зыбкость, показывая грубую поверхность во время роста [3].

Модельное предположение что склонные поверхности критические для роста unintentionally данного допинг материала можно испытать с картами плотности dopant более больших зон. На Диаграмму 2 показано топографию и карту плотности dopant ìm-широкой развертки 64. Дополнительно, схема показывает положения субстрата, 3 слоев отметки, unintentionally данной допинг зоны, и своей границы по мере того как желтые линии, красные линии, чернят crosshatched области, и голубых линий, соответственно. Должно к шагам и загрязнениям расщепления, слоям отметки и данной допинг зоне не смогите быть трассировано через все поперечное сечение. Поэтому, некоторые зазоры остают в линиях.

Диаграмма 2. Топография, карта плотности dopant, и схема GaN наслаивает на сапфир. Показаны положения субстрата, слоев отметки, unintentionally данной допинг зоны, и своей границы по мере того как желтые линии, красные линии, черные crosshatched области, и голубые линии, соответственно. Должно к шагам и загрязнениям расщепления, слоям отметки и данной допинг зоне не смогите быть трассировано через все поперечное сечение.

Предположение что склонные поверхности критические для роста unintentionally данного допинг материала поддержано фактом что этот материал присутствовал главным образом в зонах где слои отметки изменяют. «A» маркированное Положениями и «B» представил интерес особый интерес для анализа. Письмо «A» маркирует зоны где склонные поверхности упорствовали более длиной чем в окружающем материале. Здесь unintentionally данный допинг материал удлиняет более далеко к поверхности вафли. Письмо «B» маркирует зоны где unintentionally данный допинг материал удлиняет более далеко к поверхности вафли, слишком, но прямые слои отметки показывают ровную поверхность роста.

Несмотря На прямую отметку, все еще возможно что во время роста поверхность была склонна в и из плоского направления. Поэтому, «B» маркированный положениями не исключает склонный поверхностной модели. Детальный анализ модели можно найти в статье R.A. Оливером [3].

Сводка

Микроскопия микроволны Скеннирования, уникально AFM-основанный метод начатый Технологиями Agilent, была использована для того чтобы расследовать начало unintentionally данных допинг зон в нитриде галлия, котор росли на субстрате сапфира. Во Время процесса роста, были введены тонкие слои отметки которые снимки поверхностной конфигурации. Поперечные сечения через эти поверхности показывают что unintentionally данные допинг зоны растут на отправных точках процесса роста когда поверхность груба и большинства поверхности опрокинуты из плоскости субстрата.

Справки

1. H.P. Huber, M. Moertelmaier, T.M. Уоллис, 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, и F. Kienberger, «Откалибрировало измерения емкости nanoscale используя микроскоп микроволны скеннирования,» Rev. Sci. Inst. 81, 1 (2010).
2. S.M. Sze, Физика Полупроводниковых Устройств, Джон Wiley & Сынок, Нью Йорк (1981).
3. R.A. Оливер, «Применение сильно кремни-данной допинг отметки наслаивает в исследование неумышленный давать допинг в GaN на сапфире,» Ultramicroscopy 111 (2010).

О Технологиях Agilent

Аппаратуры нанотехнологии Технологий Agilent препятствуют вам изображение, манипулируют, и характеризуют большое разнообразие nanoscale поведени-электрическое, химическое, биологическое, молекулярное, и атомное. Наше растущее собрание аппаратур, вспомогательного оборудования, ПО, обслуживаний и потребляемых веществ нанотехнологии может показать ключи вам нужно понять мир nanoscale.

Технологии Agilent предлагают широкий диапазон высокоточных атомных микроскопов усилия (AFM) для того чтобы отвечать ваши уникально потребностямы исследования. Аппаратуры Agilent сильно конфигурируемые позволяют вам расширить возможности системы по мере того как ваши потребности происходят. Системы температуры Agilent ведущие в отрасли относящие к окружающей среде и жидкий регулировать включают главную жидкость и мягкое воображение материалов. Применения включают материальную науку, электрохимию, полимер и применения наук о жизни.

Авторы

Matthias A. Fenner, Технологии Agilent
Rachel A. Оливер, Отдел Науки Материалов и Металлургия, Университет Кембриджа, ВЕЛИКОБРИТАНИИ

Источник: Технологии Agilent

Для больше информации на этом источнике пожалуйста посетите Технологии Agilent.

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

Last Update: 14. June 2013 09:48

Ask A Question

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

Leave your feedback
Submit