第三代半导体内部缺陷知多少
Release time: 2023-04-24
作为新兴半导体材料，第三代半导体以其特有的优势应用广泛，前景广阔，但也因制备方式的局限性而导致晶格失配，带来缺陷，进而影响器件性能。
因此，在研究第三代半导体材料的质量时，准确地表征其位错等缺陷成为改进技术至关重要的一环，而透射电镜作为表征位错等缺陷的传统方式又有其本身难以克服的弊端。
对此，本期蔡司君为大家介绍一项更为高效的解决方案，那就是——
高通量、高分辨、无破损的缺陷表征技术：
扫描电镜（SEM）结合阴极荧光（Cathodoluminescence）和电子通道衬度成像（Electron Channeling Contrast Imaging）。
SEM-CL是一种基于电子束激发样品辐射特征荧光谱阴极荧光并进行成像的技术，可轻松表征第三代半导体材料由于缺陷处和基体能级不一致带来的不同发光特性。相比于过去的方式，此项技术有着显著的优势：
✓ 非破坏性制样，样品不需要进行任何处理；
✓ 高分辨大视野成像；
✓ 可进行不同类型的缺陷区分（如位错、层错、夹杂等）；
✓ 可同时用于分析半导体材料的光学特性。
因此CL与SEM相结合研究第三代半导体材料中位错等缺陷，可以兼顾用户在分析效率、分析面积及空间分辨率等多方面的需求。
▲ SEM-CL表征GaN外延片中的缺陷（由蔡司扫描电镜VPSE探测器拍摄）
SEM-ECCI是利用入射电子束与晶面夹角满足布拉格衍射条件时，小角度偏移导致背散射电子产额发生剧烈变化的原理，轻松实现第三代半导体材料内部微小缺陷的表征（点击查看）。
ECCI相对于CL成像，其数据采集效率及图像分辨率更高，可以提供纳米级别的分辨率，实现对材料内部纳米级缺陷的灵敏表征。
▲ SEM-ECCI表征GaN单晶中的缺陷（由蔡司场发射扫描电镜BSD探测器拍摄）
便捷的缺陷统计分析方法：
蔡司自动化软件加持
以上两种表征技术可以有效的帮助我们获得大视野高分辨的图像。但如何快速地将其中观察到的位错或缺陷进行统计分析，也是大家重点关注的问题。
随着单晶尺寸的增大，随机性强且密度量级大的位错进行人工统计非常困难，过少的统计区域又无法具有代表性，因此需要依靠软件自动化来统计位错密度，这里便可以借助蔡司的自动化软件进行位错密度统计。此过程只需要导入图像一键分析，即可获得需要的数据。
▲ 蔡司自动化软件实现缺陷自动统计分析流程图
▲ GaN外延片的CL图像缺陷提取结果
▲ GaN单晶的ECCI图像缺陷提取结果
高效的电镜大舱室与Airlock：
可以实现在不裂片的条件下完成整片晶圆的分析，有效地提高分析效率，同时降低分析成本。
此次介绍的解决方案将高效的表征手段和便捷的统计分析有效结合，为第三代半导体材料的制备提供强有力的支撑。读到这里，不知屏幕前的您是否感到意犹未尽？接下来小编也会为大家介绍更多此项技术的实际应用案例，欢迎持续关注~
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