AC-STEM-EDS에 의한 초박막 층의 정량화

애플리케이션 노트

소개

박막 기술의 최근 발전 및 재료 특성은 중요한 특성화 문제를 야기했습니다. 예를 들어, 반사 방지 텍스처, 패턴이 형성된 기판 또는 결정 결함이있는 샘플의 양자 우물 구조의 특성화는 궁극적으로 필요한 기본 정보에 대한 액세스를 방해하는 매우 복잡 할 수 있습니다. 그러나, 초박막 층 조성, 두께 및 형태 프로세스 개발, 장치 품질 평가 또는 고장 분석. EAG Laboratories에서 우리는 이러한 장치에서 이러한 도전적인 특성화 문제에 대한 구체적인 분석 프로토콜을 개발했습니다.

이 응용 노트에서 우리는 에너지 분산 X 선 검출기와 결합 된 수차 보정 주사 전자 현미경 (AC-STEM)에 의한 박층 정량화의 효과를 보여줍니다STEM-EDS)를 사용합니다.

AC-STEM GaN의 Z- 콘트라스트 이미지 : InGaN 다층 스택.

그림 1  AC-STEM GaN의 Z- 콘트라스트 이미지 : InGaN 다층 스택. AC-STEM은 탁월한 이미지 해상도를 나타내는 명확한 원자 스택 (둥근 구)을 보여줍니다.

결과 및 토의

그림 1에서 볼 수 있듯이 AC-STEM은 샘플의 매우 상세한 이미지를 제공합니다. 이 이미지 선명도는 전통적인 STEM 또는 TEM 이미지에서는 가능하지 않습니다. 1.4Å보다 우수한 이미지 해상도로 AC-STEM은 비교할 수없는 레이어 두께의 정확성과 세부 사항을 제공 할 수 있습니다.

우수한 이미지 품질 외에도 첨단 x-ray detector와 결합 된 AC-STEM은 GaN 기반 물질의 신뢰할 수있는 정량화를 가능하게합니다. AC-STEM-EDS에서 얻을 수있는 정확도의 예로 표 1는 AC-STEM-EDS와 측정 된 값을 비교 한 결과를 보여줍니다. Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS). RBS는 참조 표준을 만드는 데 사용되며 두꺼운 필름의 가장 정확한 분석 기술 중 하나로 간주됩니다. RBS와 AC-STEM-EDS 간의 합의는 5 % (상대)의 예상 RBS 측정 불확도 내에 있습니다.

InGaN 후막 표준 샘플에 1 In 농도.

표 1  InGaN 후막 표준 샘플에 집중.

LED 장치의 초박막 층의 AC-STEM 이미지.

그림 2  LED 장치의 초박막 층의 AC-STEM 이미지.

그림 2에서 층의 원소 농도.

표 2  그림 2에서 층의 원소 농도.

표 2은 RNAS 표준에 사용 된 것과 동일한 분석 조건에서 AC-STEM-EDS를 사용하여 InGaN 구조의 3.25nm 층에서 측정 한 정량적 조성을 보여줍니다. 많은 중요한 재료 시스템 (III-V, III-Nitride 및 II-VI 장치 포함)의 경우 정량 된 구성은 SIMS와 같은 다른 방법으로는 실현 될 수 없습니다. 보정 표준 및 박막에 대한 분석 조건이 동일하기 때문에 표 2의 데이터 정확도는 표 1에 표시된 벌크 막에서 얻은 정확도와 동일하다는 점에 유의해야합니다.

InGaN 양자 우물 구조에서 Al (적색), Ga (청색) 및 In (황색) 분포를 나타내는 AC-STEM-EDS 데이터.

그림 3  InGaN 양자 우물 구조에서의 Al (적색), Ga (청색) 및 In (황색) 분포를 나타낸다.

AC-STEM-EDS는 이러한 까다로운 표본에 대한 우수한 정량 결과 외에도 그림 3에서와 같이 요소 분포의 생생한 이미지를 제공 할 수 있습니다. 이 맵은 샘플 구성 및 결함 분석과 관련된 모든 정보를 nm 단위의 해상도로 제공 할 수 있습니다.

라인 스커 란 추가 정보를 제공 할 수있는 요소 분포를 측정하는 또 다른 방법입니다. 그림 4은 GaN 샘플의 알루미늄 및 인듐의 원자 분율을 보여주는 동일한 샘플의 라인 스캔을 보여줍니다. 스캔의 오른쪽에있는 가장 얇은 인듐 층은 1.5nm 두께의 순서에 있습니다. 이들 층의 정량 정확도는 아직 결정되지 않았다. 그러나 더 두꺼운 층 (3.25nm)에서 농도 값은 앞서 언급 한 분석 조건으로 유효하며 프로브 크기는 막 두께보다 현저히 작습니다.

개요

이 애플리케이션 노트에서 정확하게 정량화 할 수 있음을 보여주었습니다
GaN 기반 장치의 초박형 층. 이 방법은 다른 III-V, III-Nitride 및 II-V 재료에 대한 조사로 확장 될 수 있습니다. SIMS 프로파일과 결합 된이 AC-STEM-EDS 데이터는 오늘날 일상적인 복잡한 재료 시스템을 이해하는 데 필수적입니다. 첨단 전자 기기.

AC-STEM-EDS Al (적색) 및 In (파란색) 원자 분율의 표준이없는 정량적 라인 스캔. 원자 분율의 넓은 변화는이 데이터 유형에 필요한 높은 픽셀 해상도 때문입니다.

그림 4  Al (적색) 및 In (청색) 원자 분율의 표준이없는 정량 라인 주사. 원자 분율의 넓은 변화는이 데이터 유형에 필요한 높은 픽셀 해상도 때문입니다. 정량 분석을 위해, 표 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 이들 통계를 상당히 개선하기위한 방법으로 데이터를 수집한다.

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