AC-STEM-EDSによる極薄層の定量

アプリケーションノート

はじめに

薄膜技術およびそれらの材料特性における最近の進歩は、重大な特性評価の課題をもたらしている。 例えば、反射防止テクスチャ、パターン化基板、または結晶欠陥の存在を伴うサンプル上の量子井戸構造の特徴付けは、最終的には必要な基本情報へのアクセスを妨げることが非常に複雑になり得る。 しかし、極薄層の組成、厚さ、 プロセス開発、デバイス品質の評価、または 故障解析。 EAGラボラトリーズでは、これらのデバイスにおけるこのような困難な特性評価の問題に対する特定の分析プロトコルを開発しました。

このアプリケーションノートでは、エネルギー分散型X線検出器と組み合わせた収差補正走査型透過電子顕微鏡(AC-STEM)による薄層定​​量化の有効性を示します。STEM-EDS)GaNベースの試料の場合)。

GaN:InGaN多層積層体のAC ‐ STEM Z‐コントラスト像

図1  GaN:InGaN多層積層体のAC ‐ STEM Z‐コントラスト像 AC-STEMは、優れた画像解像度を示す明確な原子スタック(円形球)を示しています。

結果と考察

図1に見られるように、AC-STEMはサンプルの非常に詳細な画像を提供します。 この画像の鮮明さは、従来のSTEMまたはTEM画像では不可能です。 1.4Åよりも優れた画像解像度で、AC-STEMは比類のない層厚精度と詳細を提供することができます。

優れた画質に加えて、高度なX線検出器と結合されたAC-STEMは、GaNベースの材料の信頼できる定量化を可能にします。 AC-STEM-EDSによって得られる精度の例として、表1にAC-STEM-EDSとAC-STEM-EDSによる測定値を比較した結果を示します。 ラザフォード後方散乱分光法(RBS)。 RBSは参照標準を作成するために使用され、厚膜用の最も正確な分析技術の1つであると考えられています。 RBSとAC-STEM-EDSとの間の一致は、予想されるRBS測定の不確かさ5%(相対)の範囲内です。

表1 InGaN厚膜標準試料のIn濃度。

テーブル1  InGaN厚膜標準試料上のIn濃度

LEDデバイスの極薄層からのAC-STEM像。

図2  LEDデバイスの極薄層からのAC-STEM像。

図2の層からの元素濃度。

テーブル2  図2の層からの元素濃度。

表XNUMXは、RBS標準に使用されたのと同じ分析条件下でAC − STEM − EDSを使用してInGaN構造中のXNUMXnm層から測定された定量的組成を示す。 多くの重要な材料系(III − V、III−窒化物、およびII − VIデバイスを含む)では、定量化組成はSIMSのような他の方法では実現できない。 キャリブレーション標準と薄膜の分析条件が同じであるため、表2のデータの精度は表3.25に示したバルクフィルムから得られたものと同じです。

InGaN量子井戸構造におけるAl(赤)、Ga(青)、In(黄)の分布を示すAC-STEM-EDSデータ。

図3  InGaN量子井戸構造におけるAl(赤)、Ga(青)およびIn(黄)分布

これらの困難なサンプルの優れた定量結果に加えて、AC-STEM-EDSは図3に示すように元素分布の鮮明な画像を提供することができます。 これらのマップは、すべてnmスケールの分解能で、サンプル組成と欠陥分析に関する独自の情報を提供します。

ラインスキャンは、追加レベルの情報を提供できる元素分布を測定するもう1つの方法です。 図4は同じサンプルのラインスキャンを示し、GaNサンプル中のアルミニウムとインジウムの原子分率を示しています。 スキャンの右側にある最も薄いインジウム層の厚さは1.5nm程度です。 これらの層の定量化精度はまだ決定されていない。 しかしながら、より厚い層(XNUMXnm)においては、濃度値は前述の分析条件およびフィルムの厚さよりも著しく小さいプローブサイズのために有効である。

概要

このアプリケーションノートでは、正確に定量化できることを示しました。
GaNベースのデバイスの超薄層。 この方法は、他のIII-V、III-窒化物、およびII-V材料の調査に拡張できます。 このAC-STEM-EDSデータとSIMSプロファイルを組み合わせることで、今日では一般的になっている複雑な材料システムを理解することが不可欠です 高度な電子機器.

AC-STEM-EDS Al(赤)およびIn(青)原子分率の標準的でない定量的ラインスキャン。 原子分率の大きな変動は、このデータタイプに必要な高いピクセル解像度によるものです。

図4  Al(赤)およびIn(青)原子分率の標準的でない定量的ラインスキャン 原子分率の大きな変動は、このデータタイプに必要な高いピクセル解像度によるものです。 表1および2に示すように、定量分析の場合、データはこれらの統計を大幅に改善するように収集されます。

特定の機能を有効にして私たちとのあなたの経験を向上させるために、このサイトはあなたのコンピュータにクッキーを保存します。 続行をクリックして承認を与え、このメッセージを完全に削除してください。

詳細については、当社を参照してください。 プライバシーポリシーをご覧ください。.