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时间分辨精细阴极荧光应用案例
时间分辨精细阴极荧光应用案例
 
光电材料缺陷的可视化和计数
 
       III-V合金半导体材料出现彻底改变了LED产业,使高功率器件和微电子器件的快速发展成为可能,为微纳电子和光电器件的改进和新功能开发铺平道路。不幸是,由于高度集中的晶体或杂质缺陷的存在,他们的应用仍受到限制。针对晶体/杂质缺陷的检测计量对半导体光电器件制造过程中产品质量的评估至关重要,但由于这样的缺陷尺寸通常在亚纳米量级,很难直接观察。
 

Dr. David Gachet
Analytical Laboratory, Attolight AG,Lausanne, Switzerland

TEM图像GaN样本表现出缺陷

传统上有以下三种方法来确定光电器件缺陷密度:

        透射电子显微镜(TEM)是迄今为止最常用的技术。尽管它非常受欢迎,但是它非常昂贵,而且还有其他缺点。首先样品制备是破坏性的,而且非常耗时,制备样品和使用TEM需要大量的培训和技能。其次,由于样品视场小,只能探测样品较小面积的区域,因此图像结果的探测分析和解释与样品整体的缺陷密度并不是统计学相关。

相同样本CL图像。缺陷表现为黑点Attolight专有软件将缺陷标记为黄

 

       X射线衍射(XRD)技术在半导体材料缺陷探测方面的应用主要受限于探测X射线光斑直径 (50 μm),只能探测一种缺陷,而且技术不适应低缺陷密度(灵敏度低)

       原子力显微镜(AFM)可以扫描大面积的样品,提供很好的分辨率。缺点是,AFM测量通常非常耗时和只能测表面缺陷

 
 

Attolight CL-SEM 阴极荧光分析系统:

        通过结合SEM高空间分辨和大视场,阴极荧光分析系统(CL)克服了上述限制。Attolight CL-SEM阴极荧光分析系统具有独特的特性,使它能够实现缺陷成像和计数,光电器件成本和效益能够更精确的计算。
 
 

Névine Rochat

Optical characterization engineer on the platform of nanocharacterization (PFNC) CEA, LETI, MINATEC Campus

 

       随着新的功率半导体器件在汽车领域的广泛应用,为了提高汽车的燃油经济性,汽车动力系统的电气化变得越来越重要。目前电动汽车完全依赖硅电源管理系统,但硅功率器件正在迅速接近其功能极限,已经无法满足新的推进系统所有电力需求: 电流(200-600 A), (100-600 V)和低损耗功率半导体开关。如果简单地增加硅功率开关的数量,将在成本上变得越来越不合算。下一代电动汽车的发展需要更高性能电源管理解决方案以及高效率电力分配系统。因此,新型电子材料和功率器件的发展是必要的。

 
 
 

        氮化镓(GaN)开关由于其优异的材料性能如高电子迁移率、高击穿电压,高电子输运速度,预计性能优于硅开关100倍。最近氮化镓外延生长技术有了新的进展,允许在Si圆上制备大尺寸,高质量低成本GaN由于其生长兼容大尺寸Si晶圆,GaN-on-Si技术平台可以在大规模生产,从而降低系统成本同时提高性能。这技术将引领汽车应用领域的新变革。阴极发光是研究半导体物理性质的关键技术之一。它能够提供III-V薄膜器件尺寸相比拟的空间分辨率和光学性能表征,打开一个广泛的研究领域

 

       阴极荧光分析是研究半导体的带隙结构个关键技术。其应用领域包括缺陷分布,载流子动力学能带结构等特征分析,所有这些参数设计高性能,高功率光电器件的关键。在上述领域中,Attolight CL系统能提供以下优势:

纳米结构的完整描述:提供10 nm的空间分辨率。是研究

    半导体纳米结构材料的强大工具。

载流子动力学完整描述:通过时间分辨阴极荧光研究载流

     子的输运和平均寿命。

缺陷分析:研究半导体材料的缺陷类型和分布。

 

 
应用于ZnO材料
 
       由于氧化锌的非凡特性,如较宽的直接带隙(3.37 eV)激子结合能(60 meV) 、优越光学、压电和光电性质,越来越多的应用领域认识到这种材料的优异性能。ZnO广泛应用于:1、紫外激光器、探测器和光电二极管:基于氧化锌的宽直接带隙和室温下高激子结合能2、太阳能电池:氧化锌微/纳米线有宽的阳光吸收窗口,掺杂是调控其带宽的一种有效手段3、纳米发电机:由于半导体之间的强耦合特性和氧化锌的压电特性4、电化学应用:生物和化学传感器5、光学和机械:光波导、纳米应变和压力传感器
 
 
应用于半导体金刚石
 
        由于钻石优异的性质如极高的硬度、化学惰性、光学透明度,高导热系数及电气绝缘,越来越多的应用领域认识到这种材料的益处。特别是在应用在需要极高的功率密度,高机械负荷或研磨条件,钻石是唯一满足这些苛刻应用条件的材料。目前钻石在众多领域中得到了很好的应用,包括:1高功率电子产品:钻石的特殊电子性能可应用于高功率器件如二极管和高电子迁移率晶体管2量子信息:N杂质中心可以用作单光子源3MEMS和生物MEMS:单寻址电极阵列。4光,热,机械应用:红外窗口和眼镜5、电化学应用:电极和生化传感器6、辐射传感器:电离辐射探测器/测试仪和荧光光束监视器
 
     
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