Nanoscopische analyse van elektrische en structurele eigenschappen van III-V materialen en componenten”

De doelstelling van dit proefschrift is om aan deze behoeften te voldoen door verschillende concepten te onderzoeken die geschikt zijn om de structurele en elektrische eigenschappen van hoogwaardige III-V materialen te bestuderen wanneer ze in smalle loopgraven worden gegroeid. De beperkte sleufafmetingen (<100 nm) en de bijbehorende beperkte volume-oproep voor een verkenning van concepten die intrinsiek hoge tweedimensionale ruimtelijke resolutie hebben. De gekozen oplossing is gebaseerd op de waarneming dat momenteel scansondmicroscopie (SPM) het enige concept is met voldoende gevoeligheid, ruimtelijke resolutie en kwantificeringseigenschappen om informatie te verschaffen over structuren, defecten en dopmiddelen binnen dergelijke smalle loopgraven.
In dit werk zullen we zich concentreren op het gebruik en de optimalisatie van complementaire SPM-gebaseerde technieken, meer specifiek: scanning tunneling microscopy (STM), geleidende atoomkrachtmicroscopie (C-AFM) en scanning verspreidingsmicroscopie (SSRM). STM wordt gebruikt om de kristallijne eigenschappen en aanwezigheid van defecten op sub-nm-schaal te onderzoeken. C-AFM levert tweedimensionale stroomkaarten (lokale geleidbaarheid) van het halfgeleideroppervlak en SSRM levert dragerprofielen over het apparaat. Zoals reeds gezegd is het uitbreiden van deze karakteriseringstechnieken naar nieuwe materialen en architecturen niet triviaal. Bijvoorbeeld, aangezien STM de tunnelstroom als terugkoppelsignaal gebruikt om de tip-monsterafstand te regelen, kunnen alleen geleidende oppervlakken worden onderzocht. Ernstige complicaties ontstaan dus bij het onderzoeken van nm-grootte structuren ingebed in een oxide matrix. Een ander probleem ligt in de snelle (~ min) III-V oppervlakte oxidatie tijdens de blootstelling aan de lucht. Het native oxide moet vóór de metingen worden verwijderd en de analyse moet uitgevoerd worden in een UHV-omgeving om het oppervlak te beschermen tegen reoxidatie. In het proces van oxideverwijdering worden materiaalafbraak, oppervlakteverharding en verontreiniging vaak waargenomen tijdens de thermische ontgloeiing, chemische ets en sputtering benaderingen. Wat de SSRM betreft, die minder gevoelig is voor de oppervlaktestatus vanwege het fysieke tip-monstercontact, wanneer deze op III-Vs-verbindingen wordt toegepast, leiden de zachte mechanische eigenschappen van deze laatste tot een verbeterde afbraak van het monster en tot een slecht elektrisch contact.
Onze aanpak kan worden verdeeld in vier hoofdwerkpakketten: exploratie van nieuwe monstervoorbereidingsprocedures voor het verwijderen van oxide, ontwikkeling van nieuwe 2D- en 3D-metrologische concepten om n-schaal structurele en elektrische karakterisering van III-V's te laten groeien in smalle loopgraven omringd door oxide, Identificatie van enkele kristallografische defecten door SPM technieken en chemische ets decoratie, en beoordeling van de elektrische impact van de defecten. Uiteindelijk is onze strategie om een uitgebreide reeks meetmethoden te genereren die essentiële feedback geven op materiaalgroei, apparaatvorming en procesoptimalisatie voor III-V-technologieën op basis van het ART-concept.