通过AC-STEM-EDS定量超薄层

应用笔记

引言

薄膜技术的最新进展及其材料特性已经导致了显着的表征挑战。 例如,具有抗反射纹理,图案化衬底或晶体缺陷的存在的样品上的量子阱结构的表征可能非常复杂,最终阻碍了对所需基本信息的访问。 但是,准确测定超薄层的成分,厚度和厚度 形态学 对于工艺开发,设备质量评估或 故障分析。 在EAG实验室,我们为这些设备上的这些具有挑战性的表征问题开发了一种特定的分析方案。

在本应用指南中,我们展示了通过像差校正扫描透射电子显微镜(AC-STEM)与能量色散X射线探测器相结合的薄层定量的有效性(STEM-EDS)用于GaN基样品。

GaN的AC-STEM Z-对比图像:InGaN多层叠层。

图1  GaN的AC-STEM Z-对比图像:InGaN多层叠层。 AC-STEM显示清晰的原子堆栈(圆球),表明卓越的图像分辨率。

结果与讨论

如图1所示,AC-STEM提供了非常详细的样品图像。 传统的STEM或TEM图像无法实现图像清晰度。 图像分辨率优于1.4Å,AC-STEM可提供无与伦比的层厚度精度和细节。

除了出色的图像质量外,AC-STEM还与先进的X射线探测器相结合,可以对GaN基材料进行可靠的定量分析。 作为AC-STEM-EDS可以获得的精度的一个例子,表1显示了通过AC-STEM-EDS和通过AC-STEM-EDS比较测量值的结果。 卢瑟福背散射光谱法(RBS)。 RBS用于创建参考标准,并被认为是厚膜最准确的分析技术之一。 RBS和AC-STEM-EDS之间的协议在预期的RBS测量不确定度5%(相对)内。

表1在InGaN厚膜标准样品上的浓度。

表1  浓缩在InGaN厚膜标准样品上。

来自LED器件中的超薄层的AC-STEM图像。

图2  来自LED器件中的超薄层的AC-STEM图像。

来自图2中的层的元素浓度。

表2  来自图2中的层的元素浓度。

表2显示了在与用于RBS标准的相同分析条件下使用AC-STEM-EDS从InGaN结构中的3.25nm层测量的定量组成。 对于许多重要的材料系统(包括III-V,III-氮化物和II-VI装置),量化的组成不能通过任何其他方法实现,例如SIMS。 重要的是要注意,由于校准标准品和薄膜上的分析条件相同,表2中数据的准确度与表1中显示的体膜的精确度相同。

AC-STEM-EDS数据显示InGaN量子阱结构中的Al(红色),Ga(蓝色)和In(黄色)分布。

图3  InGaN量子阱结构中的Al(红色),Ga(蓝色)和In(黄色)分布。

除了对这些具有挑战性的样品的优异定量结果外,AC-STEM-EDS还可以提供生动的元素分布图像,如图3所示。 这些图可以提供有关样品组成和缺陷分析的独特信息,所有这些都具有nm尺度分辨率。

Linescans是另一种测量元素分布的方法,可以提供额外的信息。 图4显示了同一样品的线扫描,显示了GaN样品中铝和铟的原子分数。 请注意,扫描右侧最薄的铟层大约为1.5nm厚。 尚未确定这些层的量化准确度。 然而,在较厚的层(3.25nm)中,由于前面提到的分析条件,浓度值是有效的,并且探针尺寸明显小于膜厚度。

概要

我们已经在本应用笔记中表明,可以准确地量化
GaN基器件的超薄层。 该方法可以扩展到其他III-V,III-氮化物和II-V材料的研究。 将此AC-STEM-EDS数据与SIMS轮廓相结合,对于了解当今非常普遍的复杂材料系统至关重要 先进的电子设备.

AC-STEM-EDS Al(红色)和In(蓝色)原子级分的无标准定量线扫描。 原子分数的广泛变化是由于该数据类型所需的高像素分辨率。

图4  Al(红色)和In(蓝色)原子级分的无标准定量线扫描。 原子分数的广泛变化是由于该数据类型所需的高像素分辨率。 对于定量分析,如表1和2所示,以显着改善这些统计数据的方式收集数据。

为了启用某些功能并改善您的使用体验,此站点将cookie存储在您的计算机上。 请单击“继续”以提供授权并永久删除此消息。

要了解更多信息,请参阅我们的 私隐政策.