[00140508]新型超高速4D纳米级掺杂检测、绘制及原型、制造：FIB-SEM组合工艺

在我们的资助项目“新型超高速4D纳米级掺杂检测、绘制及原型、制造：FIB-SEM组合工艺”中,我们的第一部分的目的是应用我们的SEM / FIB组合定量3D掺杂剂轮廓分析技术到真正的纳米级半导体器件结构的技术。这将是实现我们的4-D技术的基础,从而为新型设备的纳米制造和原型设计提供重要平台。该项目使成功的工作方向多样化,并产生了一些有趣的结果。 SEM成像和分析在我们报告的几项工作中都发挥了重要作用,而掺杂物轮廓分析是设计一系列先进的（光电）电子设备的基础,例如我们在此项目资助下发表在太阳能电池 [1],紫外发光二极管[2],石墨烯/金刚石器件[3],[4]等方向上的工作,进行了验证性研究,以使用低功耗实现3-D掺杂物分布能量（＜10 keV）FIB铣削和顺序二维掺杂剂映射。我们已经开发了基于FIB的特定地点的制备技术,并研究了标本制备对定量准确性的影响。将切开的标本以1°的掠射角进行FIB研磨,并以垂直入射的电子探针进行成像;使用垂直入射在表面上的Ga +离子,以38°入射在切入晶圆深5μm的沟槽侧壁上的电子束,检查了用于特定位置研究的样品,使用了一系列逐渐降低的离子束加速电压,以在同一小平面上进行铣削,即先前以较高的Ga +能量进行了铣削。在沟槽的更深处,SE强度显着降低,给数据提供了背景斜率,该斜率可以通过与p-n结任一侧的数据进行线性拟合来补偿。在我们的研究条件下,通过沟槽铣削方法获得的对比度低于通过切割和离子铣削表面获得的对比度。我们还在CMOS芯片上进行了3-D掺杂剂映射实验,以评估最佳的分辨率和灵敏度。根据这些结果,正在准备发表有关双束FIB-SEM系统中3D掺杂剂定量分析的论文。 我们发现,除非进行表面处理,否则在FIB纳米结构化和加工过程中,Ga +离子诱导的薄表面层受损的影响是不可避免的,因此会降低例如3D器件表征中的垂直分辨率和灵敏度。因此,在可以充分利用掺杂剂轮廓分析的定量技术之前,优化表面处理至关重要。我们已使用基于NH4F的程序对硅样品进行了适当的表面处理,这有助于制备无污染,氢原子钝化的表面,这不仅可能是器件制造所希望的,而且还将有利于SEM中的定量准确性。在参考文献[5]中发表的论文中,我们报道了当色散场减小时,处理过的表面的掺杂对比度主要受表面能带弯曲效应支配,并且产生了近等电势表面,并增加了被俘获的密度。表面电荷和费米能级固定。此外,使用我们课题组所开发的NH4F水溶液的优化表面处理程序,可显着增强了SEM中的掺杂对比和定量精度。 由于已证明由干法刻蚀和FIB纳米结构处理引起的表面损伤的影响对掺杂轮廓分析的量化具有挑战性,因此我们对宽带隙材料进行了表面处理实验,例如基于AlGaN的紫外发光二极管的设计。产生纳米柱以提高提取效率所必需的干法蚀刻一方面会导致表面层超薄损坏,这类似于硅上基于低能Ga+离子的FIB工艺的处理所产生的结果。受损的表面层会引入非辐射复合中心,这会对光输出产生不利影响,类似于生成的缺陷和表面状态如何捕获电荷并减少二次发射。在参考文献[2],我们报道了基于高温快速热退火（RTA）,HCl,KOH或H3PO4处理的后处理可提高发光表面的质量。刻蚀损坏的表面层,羟基驱动的钝化,天然GaOx的溶解和污染以及通过重结晶去除浅层陷阱的表面处理机制不仅使器件可以在高质量基板上制造,而且可以改善器件的质量。器件表征中的定量精度。光致发光测量提供了对干蚀刻表面的修复的表面敏感性确认,类似于二次发射如何提供电子特性的表面敏感性表征。在我们先前资助的项目过程中,我们与山东省科学院激光研究所的王勇教授建立了合作关系,王教授曾是浙江Canalaser技术有限公司的首席执行官兼联合创始人,该公司专门从事可调谐技术的研究。单频激光器和光纤放大器产品。我们已经开发了定制的掺镱飞秒石英光纤激光系统,以与场发射电子柱和样品室连接,这将在我们的下一阶段研究中发挥作用。我们合理地认为,在可以以高定量精度充分利用4-D技术之前,必须通过TLD的能量过滤系统对我们的校准技术进行微调。关于优化和定量研究,使用我们的蒙特卡洛方法对TLD的能量响应进行了校准,以通过将射线从朗伯角分布的点源跟踪到SE,并通过浸没在电子光学柱中的透镜磁场和静电场来计算TLD的几何接受度和样品室。我们建立定量程序的工作提供了一个方向,即必须通过定量模型进行校准,例如使用考虑了色散场,表面带弯曲,表面边界散射和检测器固体收集角度等因素的基于蒙特卡洛方法的定量模型。未来可通过完善我们的校准技术,利用跨TLD的电控偏转场来开发定量光谱显微镜。