Электрон Ченнелинг Контрастность изображений для быстрого III-V гетероэпитаксиального Характеристика

Подробная характеристика кристаллических дефектов и микроструктуры жизненно важный аспект полупроводниковых материалов и исследований, поскольку устройства таких дефектов может оказывать существенное негативное влияние на производительность устройства. В настоящее время, электронная микроскопия (ПЭМ) является наиболее широко распространен и используется методика детальной характеристики протяженных дефектов – дислокаций, дефектов упаковки, двойников, антифазных доменов и т.д., – потому что она позволяет напрямую изображений самых разнообразных дефектов с достаточно Пространственное разрешение. К сожалению, ТЕА принципиально низкой пропускной подход из-за длительных времен пробоподготовки, которые могут привести к значительным задержкам и узких мест в научно-исследовательских и опытно-циклов. Кроме того, целостность образца, таких, как с точки зрения, как выращенных деформированного состояния, могут быть изменены во время подготовки образца, в результате чего возможность фальсифицированных результатов.

Электрон ченнелинг соntrast томография (ИККИ) является взаимодополняющими, и в некоторых случаях потенциально превосходит, техника для TEM, поскольку она обеспечивает альтернативный, высокой пропускной подход к визуализации те же протяженных дефектов. В случае эпитаксиальных материалов, образцы должны практически не подготовки, что делает ИККИ гораздо больше времени эффективным. Кроме того выгодно это то, что ИККИ требуется только автоэмиссионного сканирующего электронного микроскопа (SEM), оснащенный стандартной кольцевой полюс-кусок установлен обратного рассеяния электронов (BSE) детектор; Геометрия forescatter также могут быть использованы, но требует немного более специализированное оборудование и здесь не обсуждается. Сигнал ИККИ состоит из электронов, которые были неупругорассеянных из вступительное каналированного пучка электронов (волнового фронта), и через несколько дополнительных мероприятий неупругих рассеяния, способны избежать образец обратно через поверхность. ¹ Аналогичная двух- луч ТЕМ, можно выполнить ИККИ в определенных условиях дифракции в РЭМ Ориnting образец, так что удовлетворяет инцидент электронный пучок кристаллографической условие Брэгга (т.е., по каналам), как определено с использованием низкого увеличения электрон каналирования модели (ТЭК); ^1,2 см рисунок 1 в качестве примера. Просто ТЭК обеспечить ориентацию пространства представления электронного пучка инцидент дифракции / ченнелинга. ³ Темные линии в результате низкой сигнала обратного рассеяния указывают пучка ориентации образца, где встретился условия Брэгга (т.е.., Кикучи линий), что дает сильное ченнелинг, в то время как яркие области указывают на высокую обратного рассеяния, без дифракционных условий. В отличие от моделей, произведенных Кикучи помощью электронного обратного рассеяния дифракции (EBSD) или ТЕА, которые образуются с помощью исходящего дифракции электронов, ТЭК результате инцидента электронографии / ченнелинга.

На практике, контролируемые условия дифракционные ИККИ достигаются путем регулирования ориентации образца, vнаклона И.А. и / или вращения при малом увеличении, например, что функция ECP, представляющий четкую условия Брэгга интерес – например, [400] или [220] Кикути группа / линия – совпадает с оптической осью SEM , Переход к большим увеличением, то, из-за полученной ограничения углового спектра падающего пучка электронов, эффективно выбирает для BSE сигнала, что идеально соответствует только рассеяние от выбранного состояния дифракции. Таким образом, можно заметить, дефекты, которые обеспечивают контраст дифракции, таких как дислокации. Так же, как в ПЭМ, изображения контраст представлены такими дефектами определяется стандартным критериям невидимости, г · (б х) = 0 и г · B = 0, где г представляет собой вектор дифракции, б вектора Бюргерса, а и линия направление. ⁴ Этоявление происходит потому, что только дифрагированные электроны из плоскостей искаженных дефекта будет содержать информацию о сказал дефект.

На сегодняшний день ИККИ была распространена преимущественно используется для деталей изображения и дефектов вблизи или на поверхности образца для таких функциональных материалов, как GaSb, ⁵ SrTiO _3, ^{5, 6-9} GaN и SiC. ^10,11 Это ограничение является результатом поверхности , чувствительными природа самого сигнала ИККИ, в котором сказано в сообщении БФБ, которые составляют сигнал пришел из глубины диапазоне от приблизительно 10 – 100 нм. Наиболее значительный вклад в этом пределе разрешения глубина является то, что расширение и затухание в текущей электронной волновой фронт (направляемые электроны), в зависимости от глубины в кристалл, из-за потери электронов на события рассеяния, что уменьшает Максимальный потенциальный БФБ сигнал. ¹ Тем не менее, некоторая степень разрешения глубины сообщалось в предыдущей работе на Si _1-х Ge / Si _х иВ _х Ga _1-х As / GaAs гетероструктур, ^12,13, а также в последнее время (и здесь) авторами на основе GaP / Si гетероструктурах, ^14, где ИККИ был использован для изображения дислокаций несоответствия, похороненных на решетке-несовпадающими гетероэпитаксиального интерфейса на Глубины до 100 нм (с более высокими глубине всего возможных).

Для работы подробно здесь, ИККИ используется для изучения GaP эпитаксиально выращенный на Si (001), комплекс материалов интеграции системы с применением к таких областях, как фотоэлектрические и оптоэлектроники. GaP / Si представляет особый интерес в качестве потенциального пути для интеграции метаморфических (решетки несоответствие) III-V полупроводников на экономичных кремниевых подложках. В течение многих лет усилия в этом направлении были страдает от неконтролируемого поколения большого числа зародышей гетеровалентное связанных дефектов, в том числе антифазных доменов, дефектов упаковки, и микродвойников. Такие дефекты являются вредными для работы устройства ESPEбенно фотоэлектрические, в связи с тем, что они могут быть электрически активными, действуя в качестве центров рекомбинации носителей, а также может помешать поверхностное скольжение дислокаций, что приводит к более высокой плотности дислокаций. ¹⁵ Тем не менее, недавние усилия авторов и другие привели к успешному развитию эпитаксиальных процессов, которые могут производить GaP-на-Si фильмы бесплатно из этих зародышей дефектов, связанных с ^16-19 прокладывая тем самым путь для дальнейшего прогресса.

Тем не менее, из-за небольшого, но не ничтожной, решетки несоответствия между GaP и Si (0,37% при комнатной температуре), поколение ДН является неизбежным, и действительно необходимо, чтобы произвести полностью расслабленной пленках. GaP, с FCC основе структурой цинковой обманки, как правило, дают 60 ° типа дислокаций (смешанный краевых и винтовых) на нескользящей системы, которые скользящие и может облегчить большие объемы деформации через длинные чистых длины скольжения. Дополнительная сложность также представил несоответствием вПробел и коэффициенты теплового расширения Si, что приводит к увеличению решетки несоответствия с увеличением температуры (то есть., ≥ 0,5% несоответствия при типичных температурах роста). ²⁰ Потому что ПД сегменты, которые составляют оставшуюся часть ДН петли (наряду с межфазное несоответствие и поверхности кристалла), хорошо известны за их ассоциированных без радиационных свойств рекомбинации носителей, и, таким образом, производительность ухудшается устройство, ²¹ важно, чтобы полностью понять их природу и эволюцию, так что их количество может быть сведено к минимуму. Подробная характеристика межфазных ДН может, таким образом, обеспечить существенное количество информации о динамике дислокаций системы.

Здесь мы опишем протокол для использования СЭМ для выполнения ИККИ и привести примеры своих возможностей и сильных сторон. Важное различие здесь является использование ИККИ выполнять микроструктуры characteriция подобного, как правило, осуществляется с помощью ПЭМ, в то время как ИККИ обеспечивает эквивалентные данные, но в значительно более короткие сроки из-за значительного сокращения потребностей пробоподготовки; в случае эпитаксиального образцов с относительно гладкими поверхностями, не существует эффективного нет пробоподготовки требуется вообще. Использование ИККИ для общей характеристики дефектов и дислокаций несоответствия описано, с некоторыми примерами наблюдаемых кристаллических дефектов,. Влияние критериев невидимости на наблюдаемой изображений отличие массива межфазных ДН описывается тогда. Это сопровождается демонстрацией того, как ИККИ могут быть использованы для выполнения важных режимов характеристики – в этом случае исследование, чтобы определить критическую толщину GaP-на-Si для дислокации зарождения – обеспечение ПЭМ-как данные, но с удобством СЭМ и в значительно меньшей периода времени.