الإلكترون توجيه التباين التصوير لرابيد III-V Heteroepitaxial توصيف

توصيف مفصل من العيوب البلورية والمجهرية هو جانب هام حيوية من مواد أشباه الموصلات والأبحاث الجهاز لأن هذه العيوب يمكن أن يكون لها تأثير ضار كبير على أداء الجهاز. حاليا، انتقال المجهر الإلكتروني (TEM) هو الأسلوب الأكثر قبولا على نطاق واسع وتستخدم لتوصيف مفصل من العيوب بمد – الخلع، أخطاء التراص، التوائم، antiphase المجالات، وما إلى ذلك – لأنه تمكن من التصوير المباشر لمجموعة واسعة من العيوب مع وافرة التحليل المكاني. للأسف، TEM هو نهج منخفضة الإنتاجية بشكل أساسي بسبب مرات إعداد العينات طويلة، والتي يمكن أن تؤدي إلى التأخير والاختناقات كبيرة في دورات البحث والتطوير. بالإضافة إلى ذلك، على سلامة العينة، مثل من حيث حالة الإجهاد كما نمت، يمكن تغييرها أثناء إعداد العينات، وترك الفرصة للحصول على نتائج المغشوشة.

الإلكترون توجيه التعاونالتصوير ntrast (ECCI) هو مكمل، وفي بعض الحالات يمكن أن تكون متفوقة، التقنية لتيم، حيث أنه يوفر بديلا، نهج الإنتاجية العالية لتصوير نفس العيوب طويلة. في حالة المواد الفوقي، وعينات حاجة كبيرة إلى أي إعداد، مما يجعل ECCI وقتا أطول بكثير كفاءة. بالإضافة إلى ذلك من المفيد هو حقيقة أن ECCI يتطلب سوى حقل الانبعاثات مجهر المسح الإلكتروني (SEM) مجهزة القياسية الحلقي القطب قطعة شنت تشتت ارتدادي الإلكترون (جنون البقر) كاشف. ويمكن أيضا أن تستخدم الهندسة forescatter، ولكنها تتطلب معدات قليلا أكثر تخصصا ولم يتم مناقشتها هنا. وتتألف إشارة ECCI الإلكترونات التي تشتتت inelastically من شعاع توجيه (الإلكترون موجة الجبهة)، ومن خلال عدة أحداث نثر غير مرن إضافية لفي الذهاب، وقادرة هربا من عينة مرة أخرى من خلال السطح. ¹ على غرار غرفتين شعاع TEM، فمن الممكن أن تؤدي ECCI في ظروف حيود محددة في SEM التي كتبها أوريnting العينة بحيث الحادث الإلكترون شعاع يلبي شرطا براج البلورات (أي، وتوجيه)، كما هو محدد باستخدام منخفضة التكبير الإلكترون توجيه أنماط (اللجنة التنفيذية)؛ ^1،2 انظر الشكل 1 على سبيل المثال. ببساطة، اللجنة التنفيذية تقديم تمثيل التوجه في الفضاء من الحادث شعاع الالكترون الحيود / توجيه ³ خطوط الظلام الناتجة من انخفاض إشارة تشتت ارتدادي تشير التوجهات شعاع عينة حيث تم استيفاء الشروط براج (أي.، خطوط كيكوتشي) والتي ينتج عنها توجيه قوي، في حين أن المناطق المشرقة تشير تشتت ارتدادي عالية، والظروف غير إنحرافي. بدلا من أنماط كيكوتشي تنتج عن طريق حيود تشتت ارتدادي الإلكترون (EBSD) أو TEM، التي تتشكل عبر المنتهية ولايته حيود الإلكترون، واللجنة التنفيذية هي نتيجة لحادث حيود الإلكترونات / توجيه.

في الممارسة العملية، وتتحقق الشروط حيود الخاضعة للرقابة لECCI عن طريق ضبط اتجاه عينة، والخامسالميل ألف و / أو دوران تحت التكبير المنخفض، مثل أن ميزة ECP تمثل حالة براج محددة جيدا من الفائدة – على سبيل المثال، [400] أو [220] كيكوتشي الفرقة / خط – هو تتزامن مع المحور البصري للSEM . الانتقال إلى تضخم عالية ثم، ونظرا للقيود الناتجة من مجموعة الزاوي للشعاع الإلكترون الحادث، ويختار بشكل فعال للإشارة مرض جنون البقر الذي يتوافق بشكل مثالي فقط لنثر من حالة الحيود الذي تم اختياره. بهذه الطريقة فمن الممكن أن نلاحظ العيوب التي تقدم الحيود النقيض من ذلك، مثل الاضطرابات. كما هو الحال في TEM، يتم تحديد المقابل التصوير التي قدمها مثل هذه العيوب بالمعايير القياسية الخفي، ز · (ب س ش) = 0 و ز · ب = 0، حيث ز يمثل ناقلات الحيود، ب ناقلات البرغر، وش خط الاتجاه. ⁴ هذاتحدث هذه الظاهرة بسبب الإلكترونات diffracted فقط من الطائرات تشوهها الخلل سوف تحتوي على معلومات حول وقالت عيب.

حتى الآن، وقد استخدمت في الغالب ECCI لملامح الصورة وعيوب بالقرب أو على سطح العينة لهذه المواد وظيفية GaSb، ⁵ SrTiO _3، ⁵ الجاليوم و ^6-9 و كربيد. ^10،11 هذا القيد هو نتيجة للسطح طبيعة -sensitive للإشارة ECCI نفسها، حيث أن مرض جنون البقر التي تشكل إشارة تأتي من مجموعة عمق حوالي 10-100 نانومتر. أهم مساهمة لهذا القرار عمق الحد هو أن توسيع والتخميد من موجة الإلكترون الجبهة (الإلكترونات توجيهها)، بوصفها وظيفة من العمق في وضوح الشمس، وذلك بسبب فقدان الإلكترونات إلى تناثر الأحداث، مما يقلل من مستمرة في أقصى إشارة BSE المحتملة. ¹ ومع ذلك، فقد تم الإبلاغ عن بعض درجة من الدقة في عمق العمل السابق في سي _1-X قه _س / سي وفي _العاشر جا _1-x باسم / heterostructures الغاليوم، ^12،13 وكذلك في الآونة الأخيرة (وهنا) من قبل المؤلفين على heterostructures جاب / سي، ¹⁴ حيث كانت تستخدم ECCI إلى الاضطرابات صورة كفؤ دفن في واجهة شعرية متطابقة heteroepitaxial في أعماق تصل إلى 100 نانومتر (مع أعماق أعلى المحتملة الأرجح).

لعمل مفصلة هنا، ويستخدم ECCI لدراسة جاب نمت epitaxially على سي (001)، وهي مواد نظام التكامل المعقدة مع تطبيق نحو مجالات مثل الطاقة الكهروضوئية والإلكترونيات الضوئية. جاب / سي غير ذات أهمية خاصة كمسار محتمل لدمج المتحولة أشباه الموصلات III-V (شعرية متطابقة) على ركائز سي فعالة من حيث التكلفة. لسنوات عديدة وقد ابتليت الجهود المبذولة في هذا الاتجاه من خلال الجيل غير المنضبط أعداد كبيرة من العيوب المتعلقة heterovalent التنوي، بما في ذلك المجالات antiphase، أخطاء التراص، وmicrotwins. مثل هذه العيوب تضر أداء الجهاز، ESPEوقد أدت الضوئية السيما، يرجع ذلك إلى حقيقة أنها يمكن أن تكون نشاطا كهربائيا، بوصفها مراكز الناقل إعادة التركيب، ويمكن أيضا أن تعيق بينية خلع أنسل، مما يؤدي إلى كثافة خلع أعلى. ¹⁵ ولكن الجهود التي بذلت مؤخرا من قبل المؤلفين وغيرهم في التنمية الناجحة عمليات الفوقي التي يمكن أن تنتج الأفلام جاب على اساس سي خالية من هذه العيوب التنوي ذات الصلة، ^16-19 مما يمهد الطريق لمواصلة التقدم.

ومع ذلك، ونظرا للصغير، ولكن لا يستهان به، فمنها شعرية بين الفجوة وسي (0.37٪ عند RT)، وجيل من الاضطرابات كفؤ أمر لا مفر منه، بل ومن الضروري لإنتاج epilayers استرخاء تماما. الفجوة، مع الزنك أساس FCC-هيكلها blende، يميل إلى تسفر عن 60 درجة الاضطرابات نوع (حافة مختلطة والمسمار) على النظام زلة، والتي هي glissile ويمكن تخفيف كميات كبيرة من سلالة من خلال صافي أطوال أنسل طويلة. هو عرض تعقيد إضافي أيضا عدم تطابق فيالفجوة وسي معاملات التمدد الحراري، مما يؤدي إلى زيادة عدم تطابق شعرية مع زيادة درجة الحرارة (أي.، ≥ 0.5٪ كفؤ في درجات حرارة النمو نموذجي). ²⁰ لأن شرائح خلع الترابط التي تشكل ما تبقى من حلقة كفؤ خلع (جنبا إلى جنب مع وكفؤ بينية وسطح الكريستال) معروفة جيدا ليرتبط بها من غير الإشعاعي خصائص الناقل إعادة التركيب، وأداء الجهاز وبالتالي المتدهورة، ²¹ من المهم أن نفهم تماما طبيعة وتطور مثل أن أعدادهم يمكن التقليل. وبالتالي يمكن توصيف مفصل للاختلالات كفؤ بينية توفر قدرا كبيرا من المعلومات حول ديناميات خلع النظام.

هنا، نحن تصف بروتوكول لاستخدام SEM لأداء ECCI وتقديم أمثلة من قدراتها وقوتها. ثمة فارق مهم هنا هو استخدام ECCI لأداء characteri المجهريةzation من النوع يؤديها عادة عن طريق TEM، في حين ECCI توفر بيانات تعادل ولكن في فترة زمنية أقصر بكثير نظرا لاحتياجات إعداد العينات انخفاضا كبيرا. في حالة لعينات الفوقي مع الأسطح الملساء نسبيا، هي في الواقع هناك إعداد العينات المطلوبة على الإطلاق. يوصف استخدام ECCI لتوصيف العام للعيوب واختلالات كفؤ، مع بعض الأمثلة على العيوب البلورية لوحظ المقدمة. ثم يوصف تأثير معايير الخفي على النقيض من التصوير الملحوظ من مجموعة من الاضطرابات كفؤ بينية. ويعقب ذلك دليلا على كيفية ECCI يمكن استخدامها لأداء وسائل هامة لتوصيف – في هذه الحالة دراسة لتحديد سماكة حاسما لخلع التنوي فجوة في سي – توفير البيانات مثل TEM، ولكن من الراحة ل SEM وانخفاض كبير في الإطار الزمني.