半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)訊：異質(zhì)外延生長的GaN/AlGaN薄膜材料在光子、電力電子及微波射頻器件中具有廣泛應(yīng)用。隨著GaN器件的微型化，其薄膜材料中位錯缺陷的類型、面密度及分布情況嚴(yán)重限制了器件的性能及可靠性。如何在不破壞薄膜材料的前提下精確表征GaN、GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)中的位錯缺陷仍具有較大的挑戰(zhàn)。近日，中科院蘇州納米所樊士釗等采用電子掃描顯微鏡（SEM）在背散射模式下利用通道襯度成像方法成功分析出刃位錯、螺位錯及混合位錯的面密度，并首次在GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)中觀測到位錯半環(huán)及位錯滑移現(xiàn)象。
研究者通過控制電子束透鏡電流對電子束進行搖擺，生成了GaN薄膜材料的菊池花樣（圖1）。通過系統(tǒng)分析菊池晶帶與垂直晶面、傾斜晶面的對應(yīng)關(guān)系，發(fā)展了精準(zhǔn)選取布拉格衍射條件并用于位錯通道襯度成像的實驗方法。
圖1.（a）GaN薄膜的菊池花樣及由電子束衍射的運動學(xué)理論計算得出的（b）垂直晶面和（c）傾斜晶面的菊池晶帶分布圖
通過對比同一區(qū)域的位錯在不同雙束衍射條件下的襯度演化規(guī)律，將消光判據(jù)與位錯襯度分布方向判據(jù)相結(jié)合，實現(xiàn)了對位錯伯氏矢量的判定（圖2）。另外，通過對比分析基于通道襯度方法直接獲得的位錯類型占比與基于X射線衍射方法間接獲得的位錯類型占比，確定通道襯度方法在分析混合位錯方面的獨特優(yōu)勢。
圖2.同一區(qū)域GaN薄膜在不同雙束衍射條件下的通道襯度成像及位錯類型判定
最后，利用通道襯度方法直接測試GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)界面，首次觀測到位錯半環(huán)，并發(fā)現(xiàn)大量混合位錯在界面處的彎曲形成失配位錯（圖3）。通過分析位錯彎曲的晶向，判明界面存在位錯滑移現(xiàn)象，為GaN器件的失效機制拓展了新的研究方向。
圖3.GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)的通道襯度成像及位錯滑移體系的判定
該工作以O(shè)bservation of threading dislocations and misfit dislocation half-loops in GaN/AlGaN heterostructures grown on Si using electron channeling contrast imaging為題發(fā)表在Journal of Applied Physics上。中科院蘇州納米所樊士釗項目研究員為第一作者和通訊作者。該論文工作獲得了中科院“率先行動”、江蘇省“雙創(chuàng)人才”、蘇州市“姑蘇青年領(lǐng)軍”、國家自然科學(xué)基金等項目資助，同時也得到了中科院蘇州納米所納米真空互聯(lián)實驗站（Nano-X）的支持。
來源：中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
來源：中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
