蔡司扫描电镜在第三代半导体领域的应用成果

扫描电子显微镜-电子通道对比成像（SEM-ECCI）是在扫描电子显微镜下直接表征晶体材料内部缺陷的威廉希尔官方网站 。SEM-ECCI威廉希尔官方网站 的发展已经取代了透射电子显微镜（TEM）在缺陷表征领域的部分功能。与TEM分析相比，它提供了更高的吞吐量、更快的效率分析解决方案，并且具有更强的统计意义。

于该威廉希尔官方网站 成像效率高，制样过程简单、无损，近年来在金属材料、化合物半导体等领域取得了很大的发展，也受到了越来越多的关注。

氮化镓异质结中穿线和失配位错的电子通道衬度成像分析。

异质外延生长的GaN/AlGaN薄膜材料广泛应用于光子学、电力电子学和微波射频器件中。随着GaN器件的小型化，其薄膜材料中位错缺陷的种类、面密度和分布已严重限制了器件的性能和可靠性。如何在不破坏薄膜材料的前提下精确表征GaN和GaN/AlGaN异质结中的位错缺陷仍是一个很大的挑战。

中国科学院苏州纳米研究所研究员范士钊，等基于蔡司场发射扫描电子显微镜沟道对比成像威廉希尔官方网站 （ECCI）成功地分析了边缘位错、螺旋位错和混合位错的表面密度，并首次在GaN/AlGaN异质结中观察到。脱臼半环和位错滑移现象。

研究人员使用蔡司场发射扫描电子显微镜获得了GaN薄膜材料的菊池图案（图1）。通过系统地分析菊池晶带与垂直晶面和倾斜晶面的对应关系，准确地选择布拉格衍射条件，并将其用于位错通道衬度成像。

▲ （a）GaN薄膜的菊池花样及由电子束衍射的运动学理论计算得出的（b）垂直晶面和（c）倾斜晶面的菊池晶带分布图

通过比较不同双光束衍射条件下同一区域内位错对比度演化规律，将消光判据和位错对比度分布方向判据相结合，实现了位错Burgers矢量的确定（图2）。此外，通过分析基于电子通道衬度威廉希尔官方网站 直接获得的位错类型比例和基于X射线衍射方法间接获得的位错类型比例，确定了电子通道衬度成像威廉希尔官方网站 在分析混合位错方面的独特优势。

▲ 图2.同一区域GaN薄膜在不同双束衍射条件下的通道衬度成像及位错类型判定

最后，利用电子通道对比度成像威廉希尔官方网站 对GaN/AlGaN异质结界面进行了直接测试，首次观察到位错半环，发现大量混合位错在界面处弯曲形成错位位错(图3)。通过分析位错弯曲的晶体学方向，发现在界面处存在位错滑移现象，为GaN器件的失效机理拓展了新的研究方向。

▲ 图3. GaN/AlGaN异质结的通道衬度成像及位错滑移体系的判定

审核编辑 黄宇