СЗМ Раман Нано ИК системы
Модульные СЗМ
Автоматизированные СЗМ
Специализированные СЗМ
 
 

Примеры применений (Архив)

Приборные наноструктуры

Получение
рельефа
1
ZnSSe/GaAs
лазерная структура


 

А.В. Анкудинов, А.Н. Титков
e-mail: Alexander.Titkov@pop.ioffe.rssi.ru
ФТИ им. А.Ф. Иоффе , Санкт Петербург

Введение. Цель иследования.

Подготовка измерений.
Подготовка образца
Выбор СЗМ метода
Выбор зондового датчика 
Специальные условия измерений

Проведение измерений

Полученные результаты: анализ, обработка, представление и применение

Падение
напряжения
7
Метод Зонда Кельвина

Получение
рельефа
2
ZnBeMgSe/GaAs
лазерная структура

Улучшение разрешения
8 
ЭСМ

Влияние
коррозии
3
ZnSSe/GaAs
лазерная структура

Влияние
 окисления
4
GaAlAs/GaAs лазерная структура

 

Локальная
жесткость
6
Метод модуляции силы

Химический
контраст

5
Латерально-силовая микроскопия

 

Введение. Цель исследования.

Большое количество современных электронных и светоизлучающих приборов, например, транзисторов и лазерных диодов, основаны на полупроводниковых гетероструктурах.
Эти гетероструктуры содержат различные потенциальные барьеры - n+-n, n-p  и др. переходы, положение которых должно быть известно с высокой точностью относительно гетероструктурных слоев нанометровой толщины, из которых они состоят.  Поэтому для характеризации гетероструктур, из которых состоят элементы приборов или приборов целиком, необходимо измерять толщины гетероструктур и определять локализацию потенциальных барьеров внутри гетероструктур.. Эти цели могут быть достигнуты путем СЗМ исследований сколов структур.
Первостепенную важность представляет то обстоятельство, что СЗМ исследования могут проводиться не только в равновесных условиях, но и при приложении сторонних напряжений смещений, приводящих к протеканию больших токов через функционирующие приборы.     Здесь мы представляем несколько примеров характеризации приборных полупроводниковых гетероструктур с использованием различных СЗМ методов с применением приборов NT-MDT.

Подготовка измерений. Подготовка образца. 

Полупроводниковые гетероструктуры обычно получаются путем эпитаксиального наращивания на толстых подложках (толщиной в сотни мкм) и проявляются на сколах образцов вблизи краев (на расстояниях 1 или 2 мкм или меньше). Для позиционирования зонда СЗМ  в интересующей исследователя области гетероструктуры необходимо использование системы видеонаблюдения СЗМ.  Изучались образцы гетероструктур различных полупроводниковых систем: ZnSSe/GaAs, ZnBeMnSe/GaAs, GaAlAs/GaAs и GaInSbAs/GaSb. Образцы со свежеприготовленными сколами зажимались миниатюрными тисочками или фиксировались двусторонним скотчем на вертикальной грани маленького брусочка.  В случае GaAs лазерных диодов свежесколотые прямоугольные резонаторы (с типичными размерами 100x300x1000 мкм) были припаяны на покрытые In теплоотводы. При необходимости внешнее смещение прикладывалось между p- и n-контактами лазерного диода, при этом вешний источник и СЗМ имели общую «землю». Ключевое значение для успешного СЗМ изучения образцов гетероструктур имело приготовление зеркальных сколотых граней (детали см. в результатах изучения рельефа ZnSSe и ZnBeMgSe лазерных структур).

Выбор СЗМ метода.  

Для получения изображения рельефа использовались как контактные, так и «полуконтактные» методы. Во многих случаях рельеф поверхности скола гетероструктуры содержит достаточно информации для измерения толщин отдельных слоев и положений гетерограниц. Дополнительные данные исследований гетероструктур с высоким латеральным разрешением могут быть получены с использованием метода определения локальной жесткости (метод модуляции силы). Для непосредственной демонстрации химического контраста составляющих гетероструктуру слоев мы  метод латеральных сил. Практически важная информация о приборной структуре - electrostatic potential distributions – была получена комбинацией вышеупомянутых методов с двухпроходными методиками, такими как  МЗК и ЭСМ. Отдельное внимание с точки зрения улучшения аппаратной функции в электрических измерениях было уделено EFM данным измерений амплитуды колебаний, полученным при использовании контактного метода измерений с колеблющимся кантилевером с электростатическим возбуждением (метод модуляции силы).

Выбор зондового датчика.

Большинство результатов было получено с применением контактных зондовых датчиков CSC12. Эти мягкие датчики имели прямоугольную форму и длинные (~15 мкм) зонды и были изготовлены из высоколегированного кремния p-типа проводимости. Прямоугольная форма и небольшие силовые константы кантилевров сделали их прекрасными кандидатами для измерений сил трения, в то время как тонкие, длинные и проводящие острия позволили определять электростатические силы с минимальным влиянием паразитных емкостей конусной части острия и плоской части кантилевера. При использовании двухпроходных методик, таких как  МЗК и ЭСМ, ы использовали резонансные зондовые датчики  NSG11/Pt подобной конструкции.

Специальные условия измерений.

Для подавления 50 Гц интерференции при измерениях распределений потенциала с помощью МЗК и ЭСМ при приложении к прибору смещения, внешний источник смещения и СЗМ должны иметь общую «землю». Для преодоления перекрестных влияний рельефа и СЕМ или ЭСМ сигналов поверхности скола изучаемого прибора должны быть почти атомарно гладкими. При изучении функционирующего светоизлучающего прибора, когда через него протекает большой ток, кантилевер может нагреваться, приводя к свигу резонансной частоты. Необходимо подождать, пока не установится новая резонансная частота.

Проведение измерений.

Для позиционирования зонда на представляющих интерес гетероструктурных слоях должны быть использована система видеонаблюдения СЗМ.
На самом краю скола острее зонда легко может бытьповреждено из-за больших вариаций рельефа поверхности. Для сохранения зонда и времени область сканирования должна быть выбрана таким образом, чтобы одна из ее сторон была параллельна краю структуры, при этом скорость сканирования должна быть небольшой (около одного мкм в секунду).
Для изучения распределения потенциала по сколу приборной гетероструктуры, прежде всего длжен быть использован Метод Зонда Кельвина с его возможностью получать абсолютные значения контактной разности потенциала (КРП).  Затем для определения индивидуальных особенностей профиля КРП с лучшим пространственным разрешением может быть использована бесконтактная ЭСМ .

Полученные результаты: анализ, обработка, представление и применение. 

Полученные данные изучения рельефа, латеральных сил и локальной жесткости иллюстрируют широкие возможности СЗМ для характеризации толщин слоев полупроводниковых гетероструктур. Мы также представляем результаты, позволяющие рассматривать МЗК и ЭСМ в качестве мощных инструментов исследований распределений электрического потенциала в многослойных полупроводниковых приборах. Более детальное обсуждение полученных результатов можно найти в описаниях сканированных изображений.

Благодарности.

Мы очень благодарны нашим коллегам Dr В.П. Евтихиеву, Dr С.В. Иванову, и Dr В.В. Лундину из A. F. Ioffe Institute, а также Dr H. Riechert из Infineon Technologies AG (Германия) за предоставление образцов для измерений. Мы должны особенно упомянуть Dr В.П. Евтихиева, который участием в обсуждении работы лазерных диодов большой мощности поддержал наш интерес к предмету настоящей работы.

 
 
Copyright © 2015 - 2017, NT-MDT SI