XRD in der Halbleitertechnologie (FhG-IAF Freiburg, 1999).pdf
NikolausHerres2
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Sep 26, 2025
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About This Presentation
Übersicht über Röntgenbeugungsverfahren für die Material- und Prozessanalytik in der Halbleiterforschung am Fraunhofer-Institut IAF in Freiburg/Brsg.: Anforderungen, Messgeometrien, Messbeispiele
Slide Content
Réntgenbeugung fiir die
Material- und Prozessanalytik
in der Halbleitertechnologie
Fraunhofe-nsitu für Angewandte Feskörperphysik
Tulatrasse 72, D-79108 Fraburg
Seminavorag, 6.7. 1999
Univers Augsburg
‘Sehr geehrte Damen und Herren,
des Thema meines Vortrags lautet
Im Jahre 1912 gelang Max von Laue der Nachweis der Beugung von Röntgenstrahlung an Kisten.
‘Berets vor Beginn des 1. Weikriegs war grundegendes Handwerkszeug zur Materialanayse mites
Ronigenbeugung erarbeie:
Bragg sche Gleichung! "Reziprokes Gier" 1"Ewald-Konstrukton"
Im Laufe der Jahre ht sich ie Rontgenbeugung verschiedene Arbeitsgebiete erschlossen. Die
Untersuchung sub-Mikrometer dicker Kisalfime begann ver etwas Uber 20 Jahren. Man bezeichnet
dese Abatsnchtung heute auch als Hochaufösunge-Röntgendifraktomete.
Im Verlauf ses Vortrags möchte ich Ihnen
1. ene Einführung in die srukturelen Eigenheiten von Kisalfimen geben
und nen
2. de Leistungstahigket der bei uns verwendeten Rontgen-Messverfahren demonstieren
Material- und Prozessanalytik
in der Halbleitertechnologie
Fraunhofe-nsitu für Angewandte Feskörperphysik
Tulatrasse 72, D-79108 Fraburg
Seminavorag, 6.7. 1999
Univers Augsburg
‘Sehr geehrte Damen und Herren,
des Thema meines Vortrags lautet
Im Jahre 1912 gelang Max von Laue der Nachweis der Beugung von Röntgenstrahlung an Kisten.
‘Berets vor Beginn des 1. Weikriegs war grundegendes Handwerkszeug zur Materialanayse mites
Ronigenbeugung erarbeie:
Bragg sche Gleichung! "Reziprokes Gier" 1"Ewald-Konstrukton"
Im Laufe der Jahre ht sich ie Rontgenbeugung verschiedene Arbeitsgebiete erschlossen. Die
Untersuchung sub-Mikrometer dicker Kisalfime begann ver etwas Uber 20 Jahren. Man bezeichnet
dese Abatsnchtung heute auch als Hochaufösunge-Röntgendifraktomete.
Im Verlauf ses Vortrags möchte ich Ihnen
1. ene Einführung in die srukturelen Eigenheiten von Kisalfimen geben
und nen
2. de Leistungstahigket der bei uns verwendeten Rontgen-Messverfahren demonstieren
Vortragsgliederung
Einleitung Frans für Angewandte Festkorperphysk
Ensatz der Rönigenbeugung am IAF
Kritalfime straturteEigenschaten
Messtechnik messtechnische Erfordernisse / Messgeometien
Messbeispiele Phasen- und Textur-Analyse
Bestimmung von Schiehscken + Übertterperioden
Bestimmung von Zusammensetzungen + Verspannungen.
(otsautgeloste Messungen)
Zusammenfassung + Ausblick
Mein Vortrag ist foigendermañien gegliedert
- Zunächst werde ich zeigen, in welchem Zusammenhang wit
Rontgenbeugungsanalyse am IAF betreiben.
- anschliessend werde ich Ihnen einige typische Eigenschaften
Sünner Krstalime vorstellen.
und die daraus folgenden messtechnischen Erfordernisse,
= Es gibt Inzwischen eine Reihe sinnvoller Messgeometien;
ich werde Ihnen zwei wichtige Geometien vorstellen.
= Im Abschnitt"Messbeispiele" werde ich einige typische
Messaufgaben anhand von Ergebnifellenertautern,
= Bevor ich zusammentasse möchte ich Ihnen andeuten, in welche
Richtungen sich die sogenannte “Hochauflosungs-Rontgenbeugung”
Voraussichtich entwickeln wird
Einleitung Frans für Angewandte Festkorperphysk
Ensatz der Rönigenbeugung am IAF
Kritalfime straturteEigenschaten
Messtechnik messtechnische Erfordernisse / Messgeometien
Messbeispiele Phasen- und Textur-Analyse
Bestimmung von Schiehscken + Übertterperioden
Bestimmung von Zusammensetzungen + Verspannungen.
(otsautgeloste Messungen)
Zusammenfassung + Ausblick
Mein Vortrag ist foigendermañien gegliedert
- Zunächst werde ich zeigen, in welchem Zusammenhang wit
Rontgenbeugungsanalyse am IAF betreiben.
- anschliessend werde ich Ihnen einige typische Eigenschaften
Sünner Krstalime vorstellen.
und die daraus folgenden messtechnischen Erfordernisse,
= Es gibt Inzwischen eine Reihe sinnvoller Messgeometien;
ich werde Ihnen zwei wichtige Geometien vorstellen.
= Im Abschnitt"Messbeispiele" werde ich einige typische
Messaufgaben anhand von Ergebnifellenertautern,
= Bevor ich zusammentasse möchte ich Ihnen andeuten, in welche
Richtungen sich die sogenannte “Hochauflosungs-Rontgenbeugung”
Voraussichtich entwickeln wird
Fraunhofer Institut für Angewandte Festkörperphysik - AF
Gegründet 1957
210 Mitarbeiter, davon
30, Wiesenschatler
80 qualfiiete Techniker
20 Destoranden/ Diplomanden
30 zentrale Diente
Haushat 98: 20 Mio DM
Nutztäche: 10000.
Das Fraunhofer institut far Angewandte Festkörperphysikist eines von derzeit 47 Insttuten
der Fraunhofer Gesellschaft Die Fraunhofer Gesellschaft betreibt "Angewandte Forschung”
mit 2Z. knapp 9000 Mitarbeitern.
Die Gesamtautwendungen der Fraunhofer-Gesellschaft 1998 betrugen rund 1,3 Millarden
OM. Zwei Dre! dieser Summe entstammen Aufträgen der Industrie und aus öffentich.
finanzieten Forschungsprojeken.
Das IAF ist eines der äteren Insttute der FRG, es wurde als "Institut für Elekrowerkstfte"
(gegründet. Die Arbetsschwerpunkte liegt heute im Bereich "Mikroelektronik" und her vor
allem in der Sparte “IV Verbindungshaibiete".
Industrielle Kooperationen bestehen vor allem mit Unternehmen der Elektroindustrie, wie
28. Siemens, AEG und Bosch
Gegründet 1957
210 Mitarbeiter, davon
30, Wiesenschatler
80 qualfiiete Techniker
20 Destoranden/ Diplomanden
30 zentrale Diente
Haushat 98: 20 Mio DM
Nutztäche: 10000.
Das Fraunhofer institut far Angewandte Festkörperphysikist eines von derzeit 47 Insttuten
der Fraunhofer Gesellschaft Die Fraunhofer Gesellschaft betreibt "Angewandte Forschung”
mit 2Z. knapp 9000 Mitarbeitern.
Die Gesamtautwendungen der Fraunhofer-Gesellschaft 1998 betrugen rund 1,3 Millarden
OM. Zwei Dre! dieser Summe entstammen Aufträgen der Industrie und aus öffentich.
finanzieten Forschungsprojeken.
Das IAF ist eines der äteren Insttute der FRG, es wurde als "Institut für Elekrowerkstfte"
(gegründet. Die Arbetsschwerpunkte liegt heute im Bereich "Mikroelektronik" und her vor
allem in der Sparte “IV Verbindungshaibiete".
Industrielle Kooperationen bestehen vor allem mit Unternehmen der Elektroindustrie, wie
28. Siemens, AEG und Bosch
‚Arbeitsgebiete des IAF
Matern + MV Hableter (Al, Ga, In <-> NP, As, Sb)
+ GVD- Diamant
Bauelemente + High Electron Mobility Transistoren (HEMT)
Leuchtdioden, (Hochistungs-) Laserdioden
+ Intrre-Detektaren
+ CVO-Diamant
cs + Mensitische Miro und Miimeterwelem Cs
+ optoetetonisch integrierte Schalkrese (OEICS)
So IntartArraye
Die Arbeitsgebiete des IAF:
1) Prozessentwicklung / Entwicklung neuer Materalien
2) Prozessentwicklung / Herstellung von Bauelementen
3) Herstellung von Kleinserien (Tendenz steigend)
Matern + MV Hableter (Al, Ga, In <-> NP, As, Sb)
+ GVD- Diamant
Bauelemente + High Electron Mobility Transistoren (HEMT)
Leuchtdioden, (Hochistungs-) Laserdioden
+ Intrre-Detektaren
+ CVO-Diamant
cs + Mensitische Miro und Miimeterwelem Cs
+ optoetetonisch integrierte Schalkrese (OEICS)
So IntartArraye
Die Arbeitsgebiete des IAF:
1) Prozessentwicklung / Entwicklung neuer Materalien
2) Prozessentwicklung / Herstellung von Bauelementen
3) Herstellung von Kleinserien (Tendenz steigend)
Materialsysteme am IAF
Materilsystem Bauelement Gitteranpassung
AlGaAs /Gaks HEMT, LO, PD, IR-D (812 um)
InGaAs AlGaAs / Gah HEMT, LO, PD (09-11 um) o
ain? Gans Hour -
IGañs/ Ine HEUT pe
InGaks/ GaAs metamorphe HEMT o
GanksSb/AGanAs/GaSe LO (234m) es
NEN {ven Lo on
Diamant /wersch Substrate Fenster, Warmespreizer :
Je nach Einsatzgebiet werden am IAF unterschiedliche Materialen verwendet:
Arsenide / Phosphide Antmonide
> elektronische + optoetektronische Bauelemente
Nitride > LED's, zukünfig: UV-LEDS, Laserdioden
Diamant > Fenster für Hochleistungslaser u. Mkzowellenrohren
Warmespreizer für Hochleistungslaser
Wesentlich für die strukturelle Qualtät einiger dieser Produkte ist ie Anpassung der
Krstaligiter der dünnen Funktensschichten und des jeweilgen Substrats (dazu später
men.
Diese Giteranpassung ist messbar mit Beugungsmethaden,
Am IAF geschieht cies zerstorungstel mitels Rontgenbeugung,
Materilsystem Bauelement Gitteranpassung
AlGaAs /Gaks HEMT, LO, PD, IR-D (812 um)
InGaAs AlGaAs / Gah HEMT, LO, PD (09-11 um) o
ain? Gans Hour -
IGañs/ Ine HEUT pe
InGaks/ GaAs metamorphe HEMT o
GanksSb/AGanAs/GaSe LO (234m) es
NEN {ven Lo on
Diamant /wersch Substrate Fenster, Warmespreizer :
Je nach Einsatzgebiet werden am IAF unterschiedliche Materialen verwendet:
Arsenide / Phosphide Antmonide
> elektronische + optoetektronische Bauelemente
Nitride > LED's, zukünfig: UV-LEDS, Laserdioden
Diamant > Fenster für Hochleistungslaser u. Mkzowellenrohren
Warmespreizer für Hochleistungslaser
Wesentlich für die strukturelle Qualtät einiger dieser Produkte ist ie Anpassung der
Krstaligiter der dünnen Funktensschichten und des jeweilgen Substrats (dazu später
men.
Diese Giteranpassung ist messbar mit Beugungsmethaden,
Am IAF geschieht cies zerstorungstel mitels Rontgenbeugung,
Einsatz der Röntgenbeugung am IAF
zur Analyse
Material und Bauelementedesign
isalinen Phaser
Texturen
Strukturparametern
Verspannungen
Die Rontenbeugungsanalyse wird am IAF ahnlich wie Photolumineszenz-Spektroskopie
und SIMS in den ersten Phasen der Prozessentwicklung zur Herstelung von Halbleter
Bauelementen eingesetzt
Die Hauptaufgabe der Rantgenanalyse am IAF ist die Unterstützung der MBE- MOCVD-
und CVD-Technologie zur Herstellung von II-V-Halbleterbauelementen und Diamant
Fimen,
Unsere Messergebnisse dienen den Kristallzüchtern primar dazu, de strukturellen
Zlelvargaben (Wachstumsraten, Verspannung) für di IILV Kristaltiime zunachst.
einzustellen und anschließend zu verfizieren
Wir konzentrieren uns vor allem auf dl folgenden strukturellen Eigenschaften:
= auf die itterperfektion des Substrats
= auf Orienierungsbeziehungen zwischen Substrat und Film
und zwischen den Filmkrisliten untereinander
= auf den Schichtaufbau des Kritalilms (Dicke/ Zusammensetzung)
= auf Verspannungen in Kristalfim und Substrat
Die Rontgenanalysen erfolgen ex-situ ausserhalb des Reinraums.
Die Messungen sind zerstorungstrel und erfolgen meist in Reflexionsgeometie.
Wir können sowohl ganze Water (2Z. bis 180 mm Durchmesser) als auch keine Proben
von weniger als 1 mm x 1 mm Flache untersuchen.
Idealist meis eine Probengroße von etwa 10 mm x 10 mm,
zur Analyse
Material und Bauelementedesign
isalinen Phaser
Texturen
Strukturparametern
Verspannungen
Die Rontenbeugungsanalyse wird am IAF ahnlich wie Photolumineszenz-Spektroskopie
und SIMS in den ersten Phasen der Prozessentwicklung zur Herstelung von Halbleter
Bauelementen eingesetzt
Die Hauptaufgabe der Rantgenanalyse am IAF ist die Unterstützung der MBE- MOCVD-
und CVD-Technologie zur Herstellung von II-V-Halbleterbauelementen und Diamant
Fimen,
Unsere Messergebnisse dienen den Kristallzüchtern primar dazu, de strukturellen
Zlelvargaben (Wachstumsraten, Verspannung) für di IILV Kristaltiime zunachst.
einzustellen und anschließend zu verfizieren
Wir konzentrieren uns vor allem auf dl folgenden strukturellen Eigenschaften:
= auf die itterperfektion des Substrats
= auf Orienierungsbeziehungen zwischen Substrat und Film
und zwischen den Filmkrisliten untereinander
= auf den Schichtaufbau des Kritalilms (Dicke/ Zusammensetzung)
= auf Verspannungen in Kristalfim und Substrat
Die Rontgenanalysen erfolgen ex-situ ausserhalb des Reinraums.
Die Messungen sind zerstorungstrel und erfolgen meist in Reflexionsgeometie.
Wir können sowohl ganze Water (2Z. bis 180 mm Durchmesser) als auch keine Proben
von weniger als 1 mm x 1 mm Flache untersuchen.
Idealist meis eine Probengroße von etwa 10 mm x 10 mm,
Aufgaben des Réntgenlabors am IAF
Prozessbegleitende Untersuchungen
+ ideriaieren von kritllinen Phasen, hex GaN es kb, GaN
+ Bestimmen von Oriemierungsbeziehungen GaN/ALO, Diamant / Si
+ Bestimmen von Strukturparametern
Schichidieke, Zusammensetzung Ans IGahS _GaAsSb / GaAs
- Obergiterpeoden GainSbimAs-SL AlGaAs-CaAs-SL
© Relaxationsgrad, Zusammensetzung MGaN/ALO, Gas / Gas
- Morais Proenktümmung Diamant ESIC InGaN
+ Abbilden von Krstalidefekten Gake-Subarst AlGaAs /Gake
Entwicklung von Mess- und Auswerte-Technik
Was interessiert unsere Technolagen ?
- zu Beginn eines Mateial-Entwicklungsprogramms 2.8. ob die
abgeschiedenen Kristalfime überhaupt einphasig sind
=> ich werde zeigen, we ein entsprechender Test beim
GallumNitri aussieht
= nicht jeder Kisalfim wächst gleich als Einkistall
=> ich werde zeigen, wie sich unterschiedliche Orientierungen
quanttatv nachweisen lassen
- wenn ein Einkristall voriegt, dann interessieren natürlich
Schichtdicke, Zusammensetzung, Verspannung, Baufehler
=> ich werde versuchen zu zeigen, wie man
1. Beugungsbilder systematisch "auseinander nimmt
2. Messungen so anlegt, dass typische Storefekte reduziert
oder sogar eliminiert werden
= eine hohe Ausbeute setzt voraus, dass Substrate und Kristlfiime
über den Water hinveg einigermassen homogen sind
=> wenn noch Zeit bleibt werde ich etwas zu ortsauflosenden
Messungen sagen
Neue Materialsysteme und Probenstrukturen stellen ständig neue Anforderungen an die
Messtechnik getreu dem Motto:
(Gestern wussten wir noch nicht, dass es diese Eingenschaft gibt, aber ab morgen werden
ir sie quantfizieen.”
Die Entwicklung hochauflosender Rontgenbeugungs-Messtechniken ist eng mit der
Entwicklung der Mikroelektronik verbunden, sie fand und findet fast ausschliesslich in
industiellen und industrienahen Forschungslabors sat.
Prozessbegleitende Untersuchungen
+ ideriaieren von kritllinen Phasen, hex GaN es kb, GaN
+ Bestimmen von Oriemierungsbeziehungen GaN/ALO, Diamant / Si
+ Bestimmen von Strukturparametern
Schichidieke, Zusammensetzung Ans IGahS _GaAsSb / GaAs
- Obergiterpeoden GainSbimAs-SL AlGaAs-CaAs-SL
© Relaxationsgrad, Zusammensetzung MGaN/ALO, Gas / Gas
- Morais Proenktümmung Diamant ESIC InGaN
+ Abbilden von Krstalidefekten Gake-Subarst AlGaAs /Gake
Entwicklung von Mess- und Auswerte-Technik
Was interessiert unsere Technolagen ?
- zu Beginn eines Mateial-Entwicklungsprogramms 2.8. ob die
abgeschiedenen Kristalfime überhaupt einphasig sind
=> ich werde zeigen, we ein entsprechender Test beim
GallumNitri aussieht
= nicht jeder Kisalfim wächst gleich als Einkistall
=> ich werde zeigen, wie sich unterschiedliche Orientierungen
quanttatv nachweisen lassen
- wenn ein Einkristall voriegt, dann interessieren natürlich
Schichtdicke, Zusammensetzung, Verspannung, Baufehler
=> ich werde versuchen zu zeigen, wie man
1. Beugungsbilder systematisch "auseinander nimmt
2. Messungen so anlegt, dass typische Storefekte reduziert
oder sogar eliminiert werden
= eine hohe Ausbeute setzt voraus, dass Substrate und Kristlfiime
über den Water hinveg einigermassen homogen sind
=> wenn noch Zeit bleibt werde ich etwas zu ortsauflosenden
Messungen sagen
Neue Materialsysteme und Probenstrukturen stellen ständig neue Anforderungen an die
Messtechnik getreu dem Motto:
(Gestern wussten wir noch nicht, dass es diese Eingenschaft gibt, aber ab morgen werden
ir sie quantfizieen.”
Die Entwicklung hochauflosender Rontgenbeugungs-Messtechniken ist eng mit der
Entwicklung der Mikroelektronik verbunden, sie fand und findet fast ausschliesslich in
industiellen und industrienahen Forschungslabors sat.
Strukturelle Eigenschaften von Kristallfilmen
wa
|
enteren tenuriet unverspannt verspannt
Pohl Sinisa
“Tear des Knstaltims hängt ab Flimverspannung hangt ab von:
Viachstumskineik lechsaluikung mí Subsea
Srenztächenenergen zu Kristen therm, Ausdehnungskosizenten (FS)
Les mi Subsea Relation mate von Versetzungen
Die strukturelle Qualtat von Ktstalfimen ist sehr variabel
‘ei pohkrstalinen Filmen sind vor allem Ktstalltgrossen und Kistlltausrictungen
(Texturen) von Bedeutung for
Morphologie, Fimhaftung,elektrischen und thermischen Transport
inktistallen beeinflussen neben chemischer Zusammensetzung und Schichtdicke vor
allem Verspannungen die
mechanischen, elektronischen und optischen Eigenschaften
Die Textur eines Kristalfims hängt wesentlich ab von
Texturen und Verspannungen können bei der rontgenographischen Ermitlung von
Zusammensetzungen oder Schichtdcken erheblich stören und müssen entweder
berücksichtigt oder messtechnisch umgangen werden.
Die Endverspannung eines Kistalfims wir bestimmt durch
Nimmt man Metalisierung einmal aus, dann ist meist eine Materla-entwicklung in Richtung,
auf Einkistalleigenschaften erwünscht
wa
|
enteren tenuriet unverspannt verspannt
Pohl Sinisa
“Tear des Knstaltims hängt ab Flimverspannung hangt ab von:
Viachstumskineik lechsaluikung mí Subsea
Srenztächenenergen zu Kristen therm, Ausdehnungskosizenten (FS)
Les mi Subsea Relation mate von Versetzungen
Die strukturelle Qualtat von Ktstalfimen ist sehr variabel
‘ei pohkrstalinen Filmen sind vor allem Ktstalltgrossen und Kistlltausrictungen
(Texturen) von Bedeutung for
Morphologie, Fimhaftung,elektrischen und thermischen Transport
inktistallen beeinflussen neben chemischer Zusammensetzung und Schichtdicke vor
allem Verspannungen die
mechanischen, elektronischen und optischen Eigenschaften
Die Textur eines Kristalfims hängt wesentlich ab von
Texturen und Verspannungen können bei der rontgenographischen Ermitlung von
Zusammensetzungen oder Schichtdcken erheblich stören und müssen entweder
berücksichtigt oder messtechnisch umgangen werden.
Die Endverspannung eines Kistalfims wir bestimmt durch
Nimmt man Metalisierung einmal aus, dann ist meist eine Materla-entwicklung in Richtung,
auf Einkistalleigenschaften erwünscht
Messtechnische Erfordemisse
Station Kristall mais nur ven der"Obersete" her zugänglich
a
Andy thon a [2-2]
chars + tre fay
ie a,
ni ee
ut ire
| annee — 2 mare
ee 7
Krstaltim und Substrat Bilden in der Regel eine Einheit. Da typische Substratdicken die
‘Opicherweise verwendete CuKa-Strahlung praktisch volstandig absorbieren, beit nur die
Möglichkeit der Messung in RUckstreugeometie,
Je nach Material und Reflex betragt die Eindringiefe der Primärstrahlung indie Probe
zwischen etwa 0.5 und 50 Mikrometern. Eine hochperfekte Germanlumschicht der Dicke 10
Mikrometer reflektiert innerhalb der Breite Ihres intinsichen Reflexionsbereichs (wenige
Winkelsekunden) die aufreffende Strahlung zu über 90 %. Je imperfekter das Gite st und
Je dünner de reflektierende Schicht, desto geringer ist auch die Reflektvitat
=> hohe Primarintensitat wiehtg <—
Die Änderung des AHGehalt eines AIGaAs-Schicht auf GaAs-Substrat um 1% führt zu
einer Giterparameteranderung von etwa 14 ppm senkrecht zur Oberfläche. Dies führt im
(004 Reflexbereich zu einer Winkeländerung von etwa 1/1000 Grad,
—> gute Winkelauflösung erforderlich <—
‚Änderungen der Winkellage eines Reflexes sind entweder auf eine Änderung der Kristall
Orientierung oder auf Gterparameteränderungen zurückzuführen. Verkippungen zwischen
‘istaltim und Substrat können leicht das Ergebnis veralschen, wenn sie nicht erkannt
werden,
—> eine geeignete Mess-Straegle vermeidet diesen Fehler
Station Kristall mais nur ven der"Obersete" her zugänglich
a
Andy thon a [2-2]
chars + tre fay
ie a,
ni ee
ut ire
| annee — 2 mare
ee 7
Krstaltim und Substrat Bilden in der Regel eine Einheit. Da typische Substratdicken die
‘Opicherweise verwendete CuKa-Strahlung praktisch volstandig absorbieren, beit nur die
Möglichkeit der Messung in RUckstreugeometie,
Je nach Material und Reflex betragt die Eindringiefe der Primärstrahlung indie Probe
zwischen etwa 0.5 und 50 Mikrometern. Eine hochperfekte Germanlumschicht der Dicke 10
Mikrometer reflektiert innerhalb der Breite Ihres intinsichen Reflexionsbereichs (wenige
Winkelsekunden) die aufreffende Strahlung zu über 90 %. Je imperfekter das Gite st und
Je dünner de reflektierende Schicht, desto geringer ist auch die Reflektvitat
=> hohe Primarintensitat wiehtg <—
Die Änderung des AHGehalt eines AIGaAs-Schicht auf GaAs-Substrat um 1% führt zu
einer Giterparameteranderung von etwa 14 ppm senkrecht zur Oberfläche. Dies führt im
(004 Reflexbereich zu einer Winkeländerung von etwa 1/1000 Grad,
—> gute Winkelauflösung erforderlich <—
‚Änderungen der Winkellage eines Reflexes sind entweder auf eine Änderung der Kristall
Orientierung oder auf Gterparameteränderungen zurückzuführen. Verkippungen zwischen
‘istaltim und Substrat können leicht das Ergebnis veralschen, wenn sie nicht erkannt
werden,
—> eine geeignete Mess-Straegle vermeidet diesen Fehler
Beugungsgeometrien zur Untersuchung von Kristallfilmen
Textur - Diffraktometrie Hochauflösungs-Diffraktometrie
Analyse von Orienterungen = = Mein Bestimmung
DEN cosa
pa Li
a Ly
Bragg -Stalung ist Bert (0.28) Probenorienerungist fair (4.0).
Prabenorentierung wird verander (9) ‘Bragg - Peak wird gescannt (0.20)
Lassen Sie uns zwei wichtige Diftaktometer-Geometrien betrachten:
Um polykristaline oder texturierte Filme zu untersuchen benötigen wir einen Aufbaumit
monochromat Röntgenstrahl und einer Divergenz von typisch 0.2°
Die Probe auf einem solchen Difraktometer wird wahrend der Messung um zwei Achsen
‚gedreht: die 1. liegt parallel zur Probennormalen und die 2. legt senkrecht dazu parallel zur
Oberflache der Probe,
Wir stelen das Difraktometer auf die Winkel eines bekannten Braggretiexes ein
(Oetektorarm: 20; Goniometerachse Omega: €) und suchen durch systematisches Drehen
auf den beiden Achsen CHI und PHI nach Netzebenen dieses Braggreiexes,
Das Ergebnis dieser Suche st eine 1- oder 2-dmensional aufgetragene
Intenstätsverteiung. Diese Verteilung entspricht der Häufigkeit der gesuchten
Netzebenenschar in Polarkoordinaten. Man nennt ein solches Diagramm ein Polprofl (wenn
4.dim.) oder eine Polfgur (wenn 2-dim )
Bel Einkristallen bekannter Orientierung ziet man auf etwas subtiere Eigenschaften wie
Giterparameter und Schichtdicken
Zu diesem Zweck dreht man die Justerte) Probe um die Omega-Achse und den Detektor
{um die 2Theta-Achse (das detektiert eine Änderung des Braggwinkels),
Für hohe Winkelauflösung und Monochromatztät sorgt eine Anordnung aus mehreren
hintereinander reflektierenden Einkristalle.
Fur hohe Winkeltreue sorgen hochauflösende optische Inkrementalencoder,
Röntgenspiegel erhöhen den für die Messung verfügbaren Rantgentluss und verbessem so
die Dynamik des Mess-Signals auf etwa 3 bis 6 Dekaden.
10
Textur - Diffraktometrie Hochauflösungs-Diffraktometrie
Analyse von Orienterungen = = Mein Bestimmung
DEN cosa
pa Li
a Ly
Bragg -Stalung ist Bert (0.28) Probenorienerungist fair (4.0).
Prabenorentierung wird verander (9) ‘Bragg - Peak wird gescannt (0.20)
Lassen Sie uns zwei wichtige Diftaktometer-Geometrien betrachten:
Um polykristaline oder texturierte Filme zu untersuchen benötigen wir einen Aufbaumit
monochromat Röntgenstrahl und einer Divergenz von typisch 0.2°
Die Probe auf einem solchen Difraktometer wird wahrend der Messung um zwei Achsen
‚gedreht: die 1. liegt parallel zur Probennormalen und die 2. legt senkrecht dazu parallel zur
Oberflache der Probe,
Wir stelen das Difraktometer auf die Winkel eines bekannten Braggretiexes ein
(Oetektorarm: 20; Goniometerachse Omega: €) und suchen durch systematisches Drehen
auf den beiden Achsen CHI und PHI nach Netzebenen dieses Braggreiexes,
Das Ergebnis dieser Suche st eine 1- oder 2-dmensional aufgetragene
Intenstätsverteiung. Diese Verteilung entspricht der Häufigkeit der gesuchten
Netzebenenschar in Polarkoordinaten. Man nennt ein solches Diagramm ein Polprofl (wenn
4.dim.) oder eine Polfgur (wenn 2-dim )
Bel Einkristallen bekannter Orientierung ziet man auf etwas subtiere Eigenschaften wie
Giterparameter und Schichtdicken
Zu diesem Zweck dreht man die Justerte) Probe um die Omega-Achse und den Detektor
{um die 2Theta-Achse (das detektiert eine Änderung des Braggwinkels),
Für hohe Winkelauflösung und Monochromatztät sorgt eine Anordnung aus mehreren
hintereinander reflektierenden Einkristalle.
Fur hohe Winkeltreue sorgen hochauflösende optische Inkrementalencoder,
Röntgenspiegel erhöhen den für die Messung verfügbaren Rantgentluss und verbessem so
die Dynamik des Mess-Signals auf etwa 3 bis 6 Dekaden.
10
Messbeispiele
ED Phaser und Tetu-Anajse an pollen Fimen
Bestimmung von Schichtdicke + Zusammensetzung
bei pseudomorph verspannten Filmen
Bestimmung von Ubergitterperioden
Bestimmung von Schichtverspannung + Zusammensetzung
bei defektbehafteten (teil) relaxierten Filmen
(ortsaufgeloste Messungen )
u
ED Phaser und Tetu-Anajse an pollen Fimen
Bestimmung von Schichtdicke + Zusammensetzung
bei pseudomorph verspannten Filmen
Bestimmung von Ubergitterperioden
Bestimmung von Schichtverspannung + Zusammensetzung
bei defektbehafteten (teil) relaxierten Filmen
(ortsaufgeloste Messungen )
u
Messprinzip der Róntgentextur-Winkelmessungen
assgeomatie ben und Bewegung dr Prob ects)
‘vend nicole Tor Marrano
Ein Rontgentexturgoniometer zur Untersuchung von Kritlliimen besteht aus:
= einer Rontgenguelle
= einem Kristalmonachromator e sis e strings
“einem Probenhalter mt mehreren WinketFrelheitagraden
= einem Rontgendetektor
Vor Beginn der eigentichen Winkelmessung werden Goniometer mc", und Detektor
¡zruera, auf Winkelstelungen gefahren, mit denen die Orientierung einer Netzebene (hk)
überprüft werden kann.
Anschliessend wird die Probe schrittweise um die beiden Achsen CHI und PHI gedreht. In
jeder Winkeistellung der Probe wird einige Sekunden gemessen, ob die Probe
Röntgenstrahlung reiektiet.
Ein Einkrstall eflektiet nur in wenigen Winkelstelungen, während ein Polykristallin vielen
Winkelstelungen reflektieren kann,
Die gemessene Intensität - projet in einer Ebene, die durch CHI und PHI aufgespannt
Wird ist ein Maß für die Häufigkeit der betreffenden Orientierung
Manchmal ist es vorelhaf nicht einen ganzen Halbraum nach Netzebenen abzusuchen,
Sondern gezielt entlang bestimmter Kreise zu messen. Dadurch ergeben sich eine Reihe
unterschiedlicher Scar-Modi
assgeomatie ben und Bewegung dr Prob ects)
‘vend nicole Tor Marrano
Ein Rontgentexturgoniometer zur Untersuchung von Kritlliimen besteht aus:
= einer Rontgenguelle
= einem Kristalmonachromator e sis e strings
“einem Probenhalter mt mehreren WinketFrelheitagraden
= einem Rontgendetektor
Vor Beginn der eigentichen Winkelmessung werden Goniometer mc", und Detektor
¡zruera, auf Winkelstelungen gefahren, mit denen die Orientierung einer Netzebene (hk)
überprüft werden kann.
Anschliessend wird die Probe schrittweise um die beiden Achsen CHI und PHI gedreht. In
jeder Winkeistellung der Probe wird einige Sekunden gemessen, ob die Probe
Röntgenstrahlung reiektiet.
Ein Einkrstall eflektiet nur in wenigen Winkelstelungen, während ein Polykristallin vielen
Winkelstelungen reflektieren kann,
Die gemessene Intensität - projet in einer Ebene, die durch CHI und PHI aufgespannt
Wird ist ein Maß für die Häufigkeit der betreffenden Orientierung
Manchmal ist es vorelhaf nicht einen ganzen Halbraum nach Netzebenen abzusuchen,
Sondern gezielt entlang bestimmter Kreise zu messen. Dadurch ergeben sich eine Reihe
unterschiedlicher Scar-Modi
Identifizierung von GaN Polytypen
theorebeches Puwvercagramm (20) Porguren (0)
y Ei ou
z, a E
ll cas ao
Ed O con a
A me mate
(Obertächennomale bei 7 = 0° (Zentrum)
Die linke Abbildung zeigt die theoretischen Rontgendiagramme von Puverproben der
Kubischen baw. hexagonalen Modifikation des GallumNitris. Die Peaks der kubischen
Phase liegen meist bei Bragg-Winkeln, bei denen auch hexagonale Peaks auftreten. Eine
‚Ausnahme it sind die kubischen 200 und 400 Peaks, sie stehen ohne hexagonale
Pendants da. Sol uberpruft werde, ob eine Probe kubische Phase enthalt, dann sind dese
‚beiden Reftexlagen ideal geeignet, den Volumenantel zu ermitteln.
Die beiden Potfiguren auf der rechten Seite sind bei der Position des kubischen 200
Reflexes gemessen worden. Die like Potfigur zeigt eine Probe mit deutch Reflex
Intenstat. Die rechte Polfgur gehört zu einer anderen Probe und zeigt nur Untergrund und
keine nennenswerte Intensitat
Man kann diese Polfguren quanttatv auswerten und so die Volumenantele einzeiner
Textukomponenten und Phasen ermiteln. Der Volumenanteil der kubischen Phase des
echten Bilds liegt sicher unterhalb 10
Der darstellende Punkt der Oberflächennormale der Probe befindet sich im Zentrum der
Pofigur, Sie sehen, daß die 6 starkeren Peaks der linken Polfigur sich auf einem Kleinkreis.
(Eretenkreis) 55° entfemt vom Zentrum befinden. Mit etwas Erfahrung können wir daraus.
die Orientierungen zweier kubischer Texturkomponenten ablesen. Aus der Lage der 6
einen Peaks aut dem 15° Kleinkreis und der 12 Peaks auf dem 80° Kleinkreis kann man
entnehmen, daß die Probe Zwillinge nach (111) retabv zu den beiden Hauptorienterungen
enthatt
Bei einer "normalen" Bragg-Brentano Difraktometermessung würde man eine Probe
ausschliesslich im Zentrum der Polfigur messen und dadurch die kubische Phase nicht
erkennen. Erst durch Verwendung der beiden zusätzlichen Achsen und die
Texturmesstechnik ist eine sichere Identifizierung und Quantifizierung gewährleistet.
1
theorebeches Puwvercagramm (20) Porguren (0)
y Ei ou
z, a E
ll cas ao
Ed O con a
A me mate
(Obertächennomale bei 7 = 0° (Zentrum)
Die linke Abbildung zeigt die theoretischen Rontgendiagramme von Puverproben der
Kubischen baw. hexagonalen Modifikation des GallumNitris. Die Peaks der kubischen
Phase liegen meist bei Bragg-Winkeln, bei denen auch hexagonale Peaks auftreten. Eine
‚Ausnahme it sind die kubischen 200 und 400 Peaks, sie stehen ohne hexagonale
Pendants da. Sol uberpruft werde, ob eine Probe kubische Phase enthalt, dann sind dese
‚beiden Reftexlagen ideal geeignet, den Volumenantel zu ermitteln.
Die beiden Potfiguren auf der rechten Seite sind bei der Position des kubischen 200
Reflexes gemessen worden. Die like Potfigur zeigt eine Probe mit deutch Reflex
Intenstat. Die rechte Polfgur gehört zu einer anderen Probe und zeigt nur Untergrund und
keine nennenswerte Intensitat
Man kann diese Polfguren quanttatv auswerten und so die Volumenantele einzeiner
Textukomponenten und Phasen ermiteln. Der Volumenanteil der kubischen Phase des
echten Bilds liegt sicher unterhalb 10
Der darstellende Punkt der Oberflächennormale der Probe befindet sich im Zentrum der
Pofigur, Sie sehen, daß die 6 starkeren Peaks der linken Polfigur sich auf einem Kleinkreis.
(Eretenkreis) 55° entfemt vom Zentrum befinden. Mit etwas Erfahrung können wir daraus.
die Orientierungen zweier kubischer Texturkomponenten ablesen. Aus der Lage der 6
einen Peaks aut dem 15° Kleinkreis und der 12 Peaks auf dem 80° Kleinkreis kann man
entnehmen, daß die Probe Zwillinge nach (111) retabv zu den beiden Hauptorienterungen
enthatt
Bei einer "normalen" Bragg-Brentano Difraktometermessung würde man eine Probe
ausschliesslich im Zentrum der Polfigur messen und dadurch die kubische Phase nicht
erkennen. Erst durch Verwendung der beiden zusätzlichen Achsen und die
Texturmesstechnik ist eine sichere Identifizierung und Quantifizierung gewährleistet.
1
Bestimmung der epitaktischen Beziehung: GaN < Saphir
a(ALO)
an - 002 (20 = 34 an 101
A004 (202269 1702)
Wer es schon einmal versucht hat, wird es sicher bestätigen:
die Bestimmung von eptaktischen Beziehungen in dünnen Kristaliimen kann recht
mühsam sein. Verwenden Sie dagegen ein optimiertes Texturdffraktometers, dann wird
plotlich alles ganz einfach
keine Probenvorbereitung
- schnelle automatische Messung
- maximal 4 Pofiguren müssen gemessen werden
(eft genügen 1 oder 2 Poltguren)
- intutive, meist eindeutige Auswertung
Dieses Beispiel zeigt Ihnen wie einfach es st, ie eptaktische Beziehung zwischen einem
GGallumNitrid-Fim und dem Saphır-Substrat zu ermitein, Man kombiniert dazu die
Informationen aus zwei Polfguren
links: lefert ie Saphir Orientierung (aus 3 Reflexiagen)
+ die Lage der hexagonalen Achse des GaN (im Zentrum)
rechts: liefert die azimutale Orientierung des GaN (aus den 6
Peaklagen der pyramidalen Reflexe)
1
a(ALO)
an - 002 (20 = 34 an 101
A004 (202269 1702)
Wer es schon einmal versucht hat, wird es sicher bestätigen:
die Bestimmung von eptaktischen Beziehungen in dünnen Kristaliimen kann recht
mühsam sein. Verwenden Sie dagegen ein optimiertes Texturdffraktometers, dann wird
plotlich alles ganz einfach
keine Probenvorbereitung
- schnelle automatische Messung
- maximal 4 Pofiguren müssen gemessen werden
(eft genügen 1 oder 2 Poltguren)
- intutive, meist eindeutige Auswertung
Dieses Beispiel zeigt Ihnen wie einfach es st, ie eptaktische Beziehung zwischen einem
GGallumNitrid-Fim und dem Saphır-Substrat zu ermitein, Man kombiniert dazu die
Informationen aus zwei Polfguren
links: lefert ie Saphir Orientierung (aus 3 Reflexiagen)
+ die Lage der hexagonalen Achse des GaN (im Zentrum)
rechts: liefert die azimutale Orientierung des GaN (aus den 6
Peaklagen der pyramidalen Reflexe)
1
Orientierungsbestimmung (GaN-Filme auf Saphir)
GaN- 10.1
20= 369°
Der
Polyksalin Einisstal
5
Diese Folien zeigt in en ganz eigentumiches Rezipreztätsgesetz:
= ein scheusslich aussehender gelber GaN Film produziert eine
wunderschöne symmetrische Poffigur (inks), während ein
- glaskiarer,einkrstaliner GaN Film eine langweilig Poigur (recht) liefert
Was sehen wir in diesen Polfguren ?
Wir sehen die Lage der (10.1) Ebenen des Gallium Nitrids in zwei unterschiec-ichen
Kcistalfimen, die mit Hife von MOCVD auf (00.1) Saphir-Scheiben gewachsen worden
Dicke des GaN Films: ungefahr 2 um
Intenstatsskala logaritimisch (gleich für beide Plots)
Linke Polfgur: Zahlreiche Orietierungen als Folge von Stapetfehiern
im GaN keistalfim
Rechte Polfgur 6 Peaklagen von Pyramidenflachen auf dem
Kleimkreis mé x = 62°
> der Film besitzt eine einzige GaN Orientierung
> die c-Achse des Films Ist senkrecht zur Wachstumsoberfiache
> die Orientierungsvertllung st relativ scharf (deine Peakbrete)
Die "rechte" Probe war nach dem Optimieren des Abscheideprozesses gewachsen worden;
in diesem Falführte eine Eihöhung der Substrattemperatur während des Wachstums zum
Verschwinden der unerwünschten Orientierungen.
1
GaN- 10.1
20= 369°
Der
Polyksalin Einisstal
5
Diese Folien zeigt in en ganz eigentumiches Rezipreztätsgesetz:
= ein scheusslich aussehender gelber GaN Film produziert eine
wunderschöne symmetrische Poffigur (inks), während ein
- glaskiarer,einkrstaliner GaN Film eine langweilig Poigur (recht) liefert
Was sehen wir in diesen Polfguren ?
Wir sehen die Lage der (10.1) Ebenen des Gallium Nitrids in zwei unterschiec-ichen
Kcistalfimen, die mit Hife von MOCVD auf (00.1) Saphir-Scheiben gewachsen worden
Dicke des GaN Films: ungefahr 2 um
Intenstatsskala logaritimisch (gleich für beide Plots)
Linke Polfgur: Zahlreiche Orietierungen als Folge von Stapetfehiern
im GaN keistalfim
Rechte Polfgur 6 Peaklagen von Pyramidenflachen auf dem
Kleimkreis mé x = 62°
> der Film besitzt eine einzige GaN Orientierung
> die c-Achse des Films Ist senkrecht zur Wachstumsoberfiache
> die Orientierungsvertllung st relativ scharf (deine Peakbrete)
Die "rechte" Probe war nach dem Optimieren des Abscheideprozesses gewachsen worden;
in diesem Falführte eine Eihöhung der Substrattemperatur während des Wachstums zum
Verschwinden der unerwünschten Orientierungen.
1
Modellierung der Textur eines polykristallinen GaN-Films
\
GaN -00.2/111
20= 345°
Messung Er Modellierung
5
Falls mehr as eine Krisalrientierung Im Film vorliegt, dann wird dies mit Hite
Texturmessung sehr schnell offenbar.
Die vorliegende Pottigut zeigt die Verteilung der hexagonalen (0001) Giterebenen und der
Kubischen (111) Giterebenen im Kristlfilm. Wie se sicher wissen, besitz ein hexagonaler
Kcistal genau eine c-Achse, die senkrecht auf der hexagonalen (0001) Fläche steht.
Sie sehen in der Pofigur 25 unterschiedlich starke Peaks,
Wenn wir nun in erster Naherung annehmen, daß dieser Fim nur aus hexagonalen
Kcisaliten besteht, dann besitzt dieser GaN Film wenigstens 25 diskrete Orientierungen.
Der Peak im Zentrum gehört zu der vom Kristallzüchter gewünschten Orientierung:
mit der c-Achse senkrecht zur Oberfläche
Die anderen Peaks stammen von unerwünschten Orlentierungen.
Mit Hilfe eines Computerprogramms war es möglich, die Potigur zu modelleren und alle
beteligten Orentierungen hinsichtlich Volumenantel und Streubreite zu quantiiiere.
16
\
GaN -00.2/111
20= 345°
Messung Er Modellierung
5
Falls mehr as eine Krisalrientierung Im Film vorliegt, dann wird dies mit Hite
Texturmessung sehr schnell offenbar.
Die vorliegende Pottigut zeigt die Verteilung der hexagonalen (0001) Giterebenen und der
Kubischen (111) Giterebenen im Kristlfilm. Wie se sicher wissen, besitz ein hexagonaler
Kcistal genau eine c-Achse, die senkrecht auf der hexagonalen (0001) Fläche steht.
Sie sehen in der Pofigur 25 unterschiedlich starke Peaks,
Wenn wir nun in erster Naherung annehmen, daß dieser Fim nur aus hexagonalen
Kcisaliten besteht, dann besitzt dieser GaN Film wenigstens 25 diskrete Orientierungen.
Der Peak im Zentrum gehört zu der vom Kristallzüchter gewünschten Orientierung:
mit der c-Achse senkrecht zur Oberfläche
Die anderen Peaks stammen von unerwünschten Orlentierungen.
Mit Hilfe eines Computerprogramms war es möglich, die Potigur zu modelleren und alle
beteligten Orentierungen hinsichtlich Volumenantel und Streubreite zu quantiiiere.
16
Polfigur-Modellierung deutet auf die Gegenwart von Stapelfehlern
OF ap we
Die 13 beobachteten diskreten Oxentieungen
des hexagoralen GaN lassen sich aut
3 Pretetyp-Onenierungen zurückführen
‘Alle Oientirungen sind miteinander
über taper verknüpt
Die Analyse der Peakpostionen mit dem Modellerungsprogramm MULTEX (K. Helming,
TU Clausthal) zeigte uns, daß ale Orientierungen im poyktstalinen GaN Film
untereinander durch Stapelfehler verbunden sind
‚Jedes der kleinen hexagonalen Korperchen in der Inken Follenhälte steht für eine diskrete
Orientierung der GaN Elementarzelle.
Aus dem Röntgenexperiment war es nicht möglich, die Absolutorlentierung der polaren c-
Achse des GaN zu bestimmen,, deshalb sind zwei Satze von Orienterungen gezeigt (mt
+" bzw." bezeichnet)
Korperchen der gleichen Farbe (gelb, grün and blau) sind durch eine sechszählge Achse
ineinander überführbar.
Die 3 verschiedenfarbigen hexagonalen "Prototypen" sind miteinander über kubische
Volumina verknüpft.
Der Mechanismus ist in der rechten Follenhäifte erklärt, er beruht auf der Bildung von
Stapelfehlem.
OF ap we
Die 13 beobachteten diskreten Oxentieungen
des hexagoralen GaN lassen sich aut
3 Pretetyp-Onenierungen zurückführen
‘Alle Oientirungen sind miteinander
über taper verknüpt
Die Analyse der Peakpostionen mit dem Modellerungsprogramm MULTEX (K. Helming,
TU Clausthal) zeigte uns, daß ale Orientierungen im poyktstalinen GaN Film
untereinander durch Stapelfehler verbunden sind
‚Jedes der kleinen hexagonalen Korperchen in der Inken Follenhälte steht für eine diskrete
Orientierung der GaN Elementarzelle.
Aus dem Röntgenexperiment war es nicht möglich, die Absolutorlentierung der polaren c-
Achse des GaN zu bestimmen,, deshalb sind zwei Satze von Orienterungen gezeigt (mt
+" bzw." bezeichnet)
Korperchen der gleichen Farbe (gelb, grün and blau) sind durch eine sechszählge Achse
ineinander überführbar.
Die 3 verschiedenfarbigen hexagonalen "Prototypen" sind miteinander über kubische
Volumina verknüpft.
Der Mechanismus ist in der rechten Follenhäifte erklärt, er beruht auf der Bildung von
Stapelfehlem.
Texturen orientierter CVD-Diamantfilme
Fasertextur heteroeplakische Beziehung zum Substrat
111 Retire |
7 Ss
beste Were: done sos as 20-08, 29-28"
statsisene Keimbiung verter Keime (BEN)
El sion se (100)
Die ersten mittels CVD auf der Gasphase abgeschiedenen Diamantíime zeigten
Fasertexturen.
Dies bedeutet, daß die Kristalitorientierungen im polykrstalinen Film um die
úOberflachennormale (im voriegenden Fall) statstisch verdreht sind. Typisch ist dabel, daß
alle diese Kristalite jedoch eine einzige kristallographische Richtung gemeinsam haben,
diese Richtung nennt man de “Faserachse”
Legt man zu einem bestimmten Zeitpunkt der CVD Diamantabscheidung eine elektrische
Vorspannung zwischen Substrat und Plasma, dann ist es möglch, die statistische.
Verteilung der Kristlite um die Wachstums richtung "aufzubrecherY.
‘Als man dies zuerst versuchte Mite der 90er Jahre, erzielte man nur relatv breite
Orietierungsvertelungen. Um die Materalqualtät in Richtung auf die Eigenschaften von
Diamant-Einkristalen zu verbessern, versuchte man die Breite der
Orientierungsvertelungen zu reduzieren.
Zu optimieren waren zwei Parameter:
~ der Kippwinkel der (100] Facetten relat zur Oberfläche (I)
= der Ortentierungsvertllung um die Oberfächennormale (twist)
Ich werde Ihnen im Folgenden zeigen, wie sich beide Parameter an Diamant-imen und an
Gallumnitiótimen messen lassen, die sich noch Ihrem Substrat befinden.
1
Fasertextur heteroeplakische Beziehung zum Substrat
111 Retire |
7 Ss
beste Were: done sos as 20-08, 29-28"
statsisene Keimbiung verter Keime (BEN)
El sion se (100)
Die ersten mittels CVD auf der Gasphase abgeschiedenen Diamantíime zeigten
Fasertexturen.
Dies bedeutet, daß die Kristalitorientierungen im polykrstalinen Film um die
úOberflachennormale (im voriegenden Fall) statstisch verdreht sind. Typisch ist dabel, daß
alle diese Kristalite jedoch eine einzige kristallographische Richtung gemeinsam haben,
diese Richtung nennt man de “Faserachse”
Legt man zu einem bestimmten Zeitpunkt der CVD Diamantabscheidung eine elektrische
Vorspannung zwischen Substrat und Plasma, dann ist es möglch, die statistische.
Verteilung der Kristlite um die Wachstums richtung "aufzubrecherY.
‘Als man dies zuerst versuchte Mite der 90er Jahre, erzielte man nur relatv breite
Orietierungsvertelungen. Um die Materalqualtät in Richtung auf die Eigenschaften von
Diamant-Einkristalen zu verbessern, versuchte man die Breite der
Orientierungsvertelungen zu reduzieren.
Zu optimieren waren zwei Parameter:
~ der Kippwinkel der (100] Facetten relat zur Oberfläche (I)
= der Ortentierungsvertllung um die Oberfächennormale (twist)
Ich werde Ihnen im Folgenden zeigen, wie sich beide Parameter an Diamant-imen und an
Gallumnitiótimen messen lassen, die sich noch Ihrem Substrat befinden.
1
Mosaizitát bei Kristallfilmen
Mosaiziätistgekennzeichnetdurch: endiche Krstaligrode (10... 1000 nm)
= Verspannung der Kitalite(Zug/Oruck)
lane meno, Fenrierterungen (0001 ..10)
Verkippungsbestimmung (tit)
in smmetrischer Rückstreugeometie:
aus der Refeionsbrate im = Sean
Verdrehungsbestimmung (Twist)
in asımmetischer Rücktreugeometie
aus der Refexionsbrate m 0. Scan
in Veröndung mi der Kenntnis des ns”
Orientierungsanderungen infolge Mosaiztat sind eine wichlige Ursache für
Peakverbreterungen bei Rontgenbeugungsexperimenten
Mosaiztät ist gekennzeichnet durch!
= endliche Korngrôsse
= Verspannung der Korner untereinander
= Otientierungsanderung benachbarter Kristallbereiche
des beeinflusst die Eigenschaften eines Kristall in vielerlei Hinsicht
‘Aus diesem Grund versucht man - soweit möglich - die Mosaizität zu reduzieren und dazu
‘muss man sie natch erst emal messen.
Eine wichtige Richtung wahrend des Kristallvachstums ist die Richtung enkrecht zur
Oberfläche, die "Wachstumsrichtung”. Aus diesem Grund gibt man die Feblorientierung der
Kcistaite im Film meist relativ zu dieser Richtung an:
= man spricht von Verkippung (ti), wenn man Fehorentierungen
bezeichnen möchte, die zu Facettenverkippungen "aus der Ebene”
(outot plane”) führen
- man spricht von Verdrehung (twist), wenn man Kristallt-
Verdrehungen um die Oberfachennoimale (in-plane‘) meint.
Beide Grössen, “tit” und "twist können mittels Röntgendifraktometrie aus reflexabhangigen
Peakverbreterungen ermitelt werden,
»
Mosaiziätistgekennzeichnetdurch: endiche Krstaligrode (10... 1000 nm)
= Verspannung der Kitalite(Zug/Oruck)
lane meno, Fenrierterungen (0001 ..10)
Verkippungsbestimmung (tit)
in smmetrischer Rückstreugeometie:
aus der Refeionsbrate im = Sean
Verdrehungsbestimmung (Twist)
in asımmetischer Rücktreugeometie
aus der Refexionsbrate m 0. Scan
in Veröndung mi der Kenntnis des ns”
Orientierungsanderungen infolge Mosaiztat sind eine wichlige Ursache für
Peakverbreterungen bei Rontgenbeugungsexperimenten
Mosaiztät ist gekennzeichnet durch!
= endliche Korngrôsse
= Verspannung der Korner untereinander
= Otientierungsanderung benachbarter Kristallbereiche
des beeinflusst die Eigenschaften eines Kristall in vielerlei Hinsicht
‘Aus diesem Grund versucht man - soweit möglich - die Mosaizität zu reduzieren und dazu
‘muss man sie natch erst emal messen.
Eine wichtige Richtung wahrend des Kristallvachstums ist die Richtung enkrecht zur
Oberfläche, die "Wachstumsrichtung”. Aus diesem Grund gibt man die Feblorientierung der
Kcistaite im Film meist relativ zu dieser Richtung an:
= man spricht von Verkippung (ti), wenn man Fehorentierungen
bezeichnen möchte, die zu Facettenverkippungen "aus der Ebene”
(outot plane”) führen
- man spricht von Verdrehung (twist), wenn man Kristallt-
Verdrehungen um die Oberfachennoimale (in-plane‘) meint.
Beide Grössen, “tit” und "twist können mittels Röntgendifraktometrie aus reflexabhangigen
Peakverbreterungen ermitelt werden,
»
Bestimmung der Mosaizität (CVD-Diamantfilm auf 8-SiC-Substrat)
0-004
ore y es
20-1105
= ur
= wit
Das Bild oben links zeigt die Grossaufnahme der Umgebung eines 400 Peaks von Diamant
= man sieht einen schon runden Peak mit einer Halbwertsbrete
von etwa 2 Grad;
= auf der rechten Seite sehen sie eine «-Scan quer durch diesen Peak
Der “tt” kann der Peakbreite sofort entnommen werden, sobald man instrumentale
Verbreterungseffekte (Srahldvergenz) abgezogen hat
Der "twist kann normalerweise nicht einfach aus den 2-dimensionalen Poliguren
entnommen werden. Allerdings kann man sogenannte ¢-Scans entlang von Kleinkreisen
der Poigur durchführen und nach etwas Rechnerei die gewünschte Grösse erhalten (die
Rechnung beinhaltet das Herausrechnen instrumenteler Peakverbreterungen und des
Beitrags des “ts zur beobachteten Peakbreite)
Die Abbildungen zeigen ein typisches Beispiel (nicht unsere beste Probe)
Die besten Diamartfime zeigen: tit=0.5" und twist=2...3°
de besten GaN Filme zeigen tit 0.06° und twist 02.03
20
0-004
ore y es
20-1105
= ur
= wit
Das Bild oben links zeigt die Grossaufnahme der Umgebung eines 400 Peaks von Diamant
= man sieht einen schon runden Peak mit einer Halbwertsbrete
von etwa 2 Grad;
= auf der rechten Seite sehen sie eine «-Scan quer durch diesen Peak
Der “tt” kann der Peakbreite sofort entnommen werden, sobald man instrumentale
Verbreterungseffekte (Srahldvergenz) abgezogen hat
Der "twist kann normalerweise nicht einfach aus den 2-dimensionalen Poliguren
entnommen werden. Allerdings kann man sogenannte ¢-Scans entlang von Kleinkreisen
der Poigur durchführen und nach etwas Rechnerei die gewünschte Grösse erhalten (die
Rechnung beinhaltet das Herausrechnen instrumenteler Peakverbreterungen und des
Beitrags des “ts zur beobachteten Peakbreite)
Die Abbildungen zeigen ein typisches Beispiel (nicht unsere beste Probe)
Die besten Diamartfime zeigen: tit=0.5" und twist=2...3°
de besten GaN Filme zeigen tit 0.06° und twist 02.03
20
Messbeispiele
Phasen- und Textur-Analyse an polyisistaliinen Filmen
> _Bestinmung von Soncttcte + Zusammensetzung
bei pseudomorph verspanrien Filmen
Bestimmung von Ubergitterperioden
Bestimmung von Schichtverspannung + Zusammensetzung
bei defektbehafteten (teil) relaxierten Filmen
(ortsaufgeloste Messungen )
Phasen- und Textur-Analyse an polyisistaliinen Filmen
> _Bestinmung von Soncttcte + Zusammensetzung
bei pseudomorph verspanrien Filmen
Bestimmung von Ubergitterperioden
Bestimmung von Schichtverspannung + Zusammensetzung
bei defektbehafteten (teil) relaxierten Filmen
(ortsaufgeloste Messungen )
Pseudomorphe Verspannung epitaktischer Kristallfilme
1 PA
Gun <qun | pseucomorphe
eu Verspannung
Ñ aed, | dem = denon
vellnagunerspannt © peeudonarph versan y
Ad, wir grosser
1 ae. ue
FA gra Am wa
; o wird grosser
$ 9 ändertsich
o e
CES cr
L]
Die meisten Krisalfime für elektronische Anwendungen werden “pseudomorph
gewachsen.
was bedeutet das ?
„was impliziert dies für ein Röntgenbeugungsexperiment 7
Links oben: Bhan > Anm
gezeigt ist ein Schnit parallel zur Wachstumsrichtung
‚Annahme: beide Materialien seinen kubisch
Rechts oben: während des Aufwachsens passt sich der Film
an den Gitterparameter des Substrats in der Ebene
an und verzert sich elastisch, man sagt dann er sel
pseudomorph verspannt
aus der kubischen [100] Richtung wird eine tetragonale [001]
Richtung, dh. die 4-zahige Achse parallel zur Wachstums-
A ichtung bleibt erhalten.
im Bis > Manu WA grosser
> a0 wird ebenfalls grösser
>9 verändert sich (wird kliner wenn 2, < san)
1 PA
Gun <qun | pseucomorphe
eu Verspannung
Ñ aed, | dem = denon
vellnagunerspannt © peeudonarph versan y
Ad, wir grosser
1 ae. ue
FA gra Am wa
; o wird grosser
$ 9 ändertsich
o e
CES cr
L]
Die meisten Krisalfime für elektronische Anwendungen werden “pseudomorph
gewachsen.
was bedeutet das ?
„was impliziert dies für ein Röntgenbeugungsexperiment 7
Links oben: Bhan > Anm
gezeigt ist ein Schnit parallel zur Wachstumsrichtung
‚Annahme: beide Materialien seinen kubisch
Rechts oben: während des Aufwachsens passt sich der Film
an den Gitterparameter des Substrats in der Ebene
an und verzert sich elastisch, man sagt dann er sel
pseudomorph verspannt
aus der kubischen [100] Richtung wird eine tetragonale [001]
Richtung, dh. die 4-zahige Achse parallel zur Wachstums-
A ichtung bleibt erhalten.
im Bis > Manu WA grosser
> a0 wird ebenfalls grösser
>9 verändert sich (wird kliner wenn 2, < san)
Abscheiderate und Zusammensetzung von GaAs, „Sb, / GaAs(001)
aus Schichtickeinterferenzen:
m Fa 2120080)
à a > Schehdeke des Gods Decks
1 Fr Sohne der GaAsSb-Seieht
3 3 peeucomorphe Vespamnung
ray ntensty counts)
NE RCE 9.2 Sp.caalt der Ganesb-sehicht
Schichtdicke / Beschichtungsdauer = Abscheiderate
Diese Folie zeigt ein ypisches Beispel fr eine Sandwichstruktur, wie sie am IAF für dle
Bestimmung von Film-Zusammensetzungen und Aufwachsraten hergestl wird
[bevor komplzietere Strukturen gewachsen werden, wid mit diesen sogenannten
Pegelstukturen dle Züchtungsapparatur eingestit]
Aufgetragen: Intenstat logarthmisch) gegen Winkel (Omega, Theta)
Peaks: Substrat (scharf), Kstafim (bet, niedrig)
Peakabstand Giterparameter-> Zusammensetzung
Schichtdicken-Interferenzen: kurze Oszilaton -> dicke Schicht
lange Oszilation > dünne Schicht
Bei grossem Beugungswinkel sind Schichtdickeoszilationen ein Maß für die strukturelle
Pertekion des Kristalgiters.
Die Genauigkeit der Schichtdickenbestimmung ist nurabhänalg von der Genauigkeit mit der
dle Rontgenwellenlange & bekanntist und mit der die Winkeldfferenz Au zwischen zwei
Interferenzstrefen gemessen wid.
aus Schichtickeinterferenzen:
m Fa 2120080)
à a > Schehdeke des Gods Decks
1 Fr Sohne der GaAsSb-Seieht
3 3 peeucomorphe Vespamnung
ray ntensty counts)
NE RCE 9.2 Sp.caalt der Ganesb-sehicht
Schichtdicke / Beschichtungsdauer = Abscheiderate
Diese Folie zeigt ein ypisches Beispel fr eine Sandwichstruktur, wie sie am IAF für dle
Bestimmung von Film-Zusammensetzungen und Aufwachsraten hergestl wird
[bevor komplzietere Strukturen gewachsen werden, wid mit diesen sogenannten
Pegelstukturen dle Züchtungsapparatur eingestit]
Aufgetragen: Intenstat logarthmisch) gegen Winkel (Omega, Theta)
Peaks: Substrat (scharf), Kstafim (bet, niedrig)
Peakabstand Giterparameter-> Zusammensetzung
Schichtdicken-Interferenzen: kurze Oszilaton -> dicke Schicht
lange Oszilation > dünne Schicht
Bei grossem Beugungswinkel sind Schichtdickeoszilationen ein Maß für die strukturelle
Pertekion des Kristalgiters.
Die Genauigkeit der Schichtdickenbestimmung ist nurabhänalg von der Genauigkeit mit der
dle Rontgenwellenlange & bekanntist und mit der die Winkeldfferenz Au zwischen zwei
Interferenzstrefen gemessen wid.
Bestimmung von Aufwachsraten mittels GaAs/AlAs/GaAs-Sandwich
10] 002 004 Gens
E «| SEE
= E GaAs(001) Substr
Ahora! alt 1 thas
tie We We Wo Ma SSS BT BE
incidence angle w [deg]
Die Sichtbarkeit von Sehichtdlekenoszilationen hangt
1) davon ab, wie gross das Steuvermogen (Stuktutaktor) der
betreffenden Schicht ist
2) wie sehr sich dle Phasen der refletirten Röntgenstrahlung aus
einander benachbarten Schichten voneinander unterscheiden,
Nimmt man den in der Diamantstruktur verbotenen Reflex 002, dann ist der Strukturfaktor
(GaAs) her ser kein, während der Suuktuakto (ABS) lat ros ist
gutes Signal aus der AIAS-Schicht
> die refektterte Welle aus der AIAS-Schicht it praktisch
entkoppet von den Wellen aus Substrat und Deckschicht
Ao der Schichtckeninterferenzen > Schiehtsicke von AlAS
Das Reflexionsprofi in der Nahe des 004 Retlexes it ein Musterbeispil für die
Interferometrie von Röntgenstrahlung an hochperfekten Kristlistrukturen:
> (Klein) -> dicke Gañs-Schient
> (gross) > dünne AlAs-Sehicnt
10] 002 004 Gens
E «| SEE
= E GaAs(001) Substr
Ahora! alt 1 thas
tie We We Wo Ma SSS BT BE
incidence angle w [deg]
Die Sichtbarkeit von Sehichtdlekenoszilationen hangt
1) davon ab, wie gross das Steuvermogen (Stuktutaktor) der
betreffenden Schicht ist
2) wie sehr sich dle Phasen der refletirten Röntgenstrahlung aus
einander benachbarten Schichten voneinander unterscheiden,
Nimmt man den in der Diamantstruktur verbotenen Reflex 002, dann ist der Strukturfaktor
(GaAs) her ser kein, während der Suuktuakto (ABS) lat ros ist
gutes Signal aus der AIAS-Schicht
> die refektterte Welle aus der AIAS-Schicht it praktisch
entkoppet von den Wellen aus Substrat und Deckschicht
Ao der Schichtckeninterferenzen > Schiehtsicke von AlAS
Das Reflexionsprofi in der Nahe des 004 Retlexes it ein Musterbeispil für die
Interferometrie von Röntgenstrahlung an hochperfekten Kristlistrukturen:
> (Klein) -> dicke Gañs-Schient
> (gross) > dünne AlAs-Sehicnt
Messbeispiele
Phasen- und Textur-Analyse an polyisistaliinen Filmen
Bestimmung von Schichtdicke + Zusammensetzung
bei pseudomorph verspannten Filmen
> Sesimmungvon Übergtepensten
Bestimmung von Schichtverspannung + Zusammensetzung
bei defektbehafteten (teil) relaxierten Filmen
ortsaufgeloste Messungen.
Die Bestimmung von Übergiterperioden möchte ich am Beispiel von Schichtstrukturen
demonstrieren, wie sie am IAF für IR-Detektor- baw. FeldetfektTransistor-Anwendungen
gewachsen werden
Phasen- und Textur-Analyse an polyisistaliinen Filmen
Bestimmung von Schichtdicke + Zusammensetzung
bei pseudomorph verspannten Filmen
> Sesimmungvon Übergtepensten
Bestimmung von Schichtverspannung + Zusammensetzung
bei defektbehafteten (teil) relaxierten Filmen
ortsaufgeloste Messungen.
Die Bestimmung von Übergiterperioden möchte ich am Beispiel von Schichtstrukturen
demonstrieren, wie sie am IAF für IR-Detektor- baw. FeldetfektTransistor-Anwendungen
gewachsen werden
Periode und Restverspannung eines GalnSb/InAs-Ubergitters auf GaSb
aus den Peakabständen der
Obergiterpeaks
Pa = 21 (au ces 0)
> Obergiterperiode
er Pe (4.56 2 002) am
aus der Lage der Obergiter-
peaks "ter" Ordung;
Cu = (Sn ne) En
eq = LAN RO)
> mtorr Oterparmeter
Cas Ubergter
aus Schichteickeninterferenzen:
"A Gesamiscentdehe
Fundamentareflexe 002, 004, 006 des GaSb (Substrat)
(Reflexiage gegeben durch Giterperiode in Wachstumsrichtung)
Modulation der Giterperiode -> Auftreten von Oberstrukturreflexen
Periode hier gegeben durch 4 Strukturelemente:
160 x (8 ML GalnSb /InSb-GF /6 ML Inks /GaAs-GF )
Dicke und Zusammensetzung wurden so eingestelt, daß der mitlere Giterparameter des
Übergters Ziemlich exakt dem des Substrats entspricht:
> geringe Verspannung des Gesamtpakets
(aber. im Paket selbst treten Dehnungen von +2% und -2% auf)
> man nennt das auch Strain-Engineering
Für die Bestimmung der Ubergiterperiode dart dieselbe Formel verwendet werde, wie
vorhin for de Bestimmung der Schichtdicke
aus den Peakabständen der
Obergiterpeaks
Pa = 21 (au ces 0)
> Obergiterperiode
er Pe (4.56 2 002) am
aus der Lage der Obergiter-
peaks "ter" Ordung;
Cu = (Sn ne) En
eq = LAN RO)
> mtorr Oterparmeter
Cas Ubergter
aus Schichteickeninterferenzen:
"A Gesamiscentdehe
Fundamentareflexe 002, 004, 006 des GaSb (Substrat)
(Reflexiage gegeben durch Giterperiode in Wachstumsrichtung)
Modulation der Giterperiode -> Auftreten von Oberstrukturreflexen
Periode hier gegeben durch 4 Strukturelemente:
160 x (8 ML GalnSb /InSb-GF /6 ML Inks /GaAs-GF )
Dicke und Zusammensetzung wurden so eingestelt, daß der mitlere Giterparameter des
Übergters Ziemlich exakt dem des Substrats entspricht:
> geringe Verspannung des Gesamtpakets
(aber. im Paket selbst treten Dehnungen von +2% und -2% auf)
> man nennt das auch Strain-Engineering
Für die Bestimmung der Ubergiterperiode dart dieselbe Formel verwendet werde, wie
vorhin for de Bestimmung der Schichtdicke
Einzelschichtdicken und Zusammensetzungen in einer HFET-Struktur
durch Proflanpassung erhaltene
"verteinerte” Strukturparameter
1221 m Ge, 182179)
EZ CRA Cu AE Pe
Et nm Aa Re SL GeO)
ay etna euer]
Sm GaAs 001) Subset
Ein Beisplel für die Schichttruktur eines FeldetfektTransistorics
rechtes Bild zeigt schematischen Aufbau:
1) unten: kurzperiodisches Übergiter — —> Ubergtterpeaks
2) oben: 12 nm dicke InGaAs-Schieht
mit hoher Elektronenbeweglchkeit => breite Peaks
3) Verschiedene dicke Schichten -> Schichtsickeninterferenzen,
Die Toleranzen der angegebenen Stuukturparameter erhält man durch Vergleich zwischen
Messkuve und simuliertem Profi
durch Proflanpassung erhaltene
"verteinerte” Strukturparameter
1221 m Ge, 182179)
EZ CRA Cu AE Pe
Et nm Aa Re SL GeO)
ay etna euer]
Sm GaAs 001) Subset
Ein Beisplel für die Schichttruktur eines FeldetfektTransistorics
rechtes Bild zeigt schematischen Aufbau:
1) unten: kurzperiodisches Übergiter — —> Ubergtterpeaks
2) oben: 12 nm dicke InGaAs-Schieht
mit hoher Elektronenbeweglchkeit => breite Peaks
3) Verschiedene dicke Schichten -> Schichtsickeninterferenzen,
Die Toleranzen der angegebenen Stuukturparameter erhält man durch Vergleich zwischen
Messkuve und simuliertem Profi
Einzelschichtdicken und Zusammensetzungen in einer QWIP-Struktur
we sarc rotar
_. ren
a. | ne
of
carry
A .
ig Desi Ten) un.) =
aro JUN OL. ue]
Ein weiteres Beispiel fur eine IR-Detektorstuktur bestehend aus zwei Ubergitern
- unteres Ubergtter
- oberes Übergiter
10 Perioden, Gesamtdicke ca 200 nm
20 Perioden, Gesamtdicke ca 1 um
Die beiden Übergiter sind an Ihren unterschiedlichen Peakbreiten gut zu unterscheiden.
Jedes Übergiter dieser Probe besitzt eine dünnere und eine dickere Schicht
Die Dicke der dünneren Schicht erhält man aus der Einhülenden im 002 Reflex
Die mitere Zusammensetzung entrimmt man dem Abstand zwischen dem Nul-Peak des
Übergiters und dem Substratpeak im 004 Reflex.
it Hife dieser beiden Informationen ist es möglich, dle Zusammensetzung der beiden
Lnterschiedlichen ternaren Einzelschichten zu berechnen.
we sarc rotar
_. ren
a. | ne
of
carry
A .
ig Desi Ten) un.) =
aro JUN OL. ue]
Ein weiteres Beispiel fur eine IR-Detektorstuktur bestehend aus zwei Ubergitern
- unteres Ubergtter
- oberes Übergiter
10 Perioden, Gesamtdicke ca 200 nm
20 Perioden, Gesamtdicke ca 1 um
Die beiden Übergiter sind an Ihren unterschiedlichen Peakbreiten gut zu unterscheiden.
Jedes Übergiter dieser Probe besitzt eine dünnere und eine dickere Schicht
Die Dicke der dünneren Schicht erhält man aus der Einhülenden im 002 Reflex
Die mitere Zusammensetzung entrimmt man dem Abstand zwischen dem Nul-Peak des
Übergiters und dem Substratpeak im 004 Reflex.
it Hife dieser beiden Informationen ist es möglich, dle Zusammensetzung der beiden
Lnterschiedlichen ternaren Einzelschichten zu berechnen.
Messbeispiele
Phasen- und Textur-Analyse an polyisistaliinen Filmen
Bestimmung von Schichtdicke + Zusammensetzung
bei pseudomorph verspannten Filmen
Bestimmung von Ubergitterperioden
Bestimmung von Schichtverspannung + Zusammensetzung
bei defektbehafteten (teil-) relaxierten Filmen
(ortsaufgeloste Messungen )
Phasen- und Textur-Analyse an polyisistaliinen Filmen
Bestimmung von Schichtdicke + Zusammensetzung
bei pseudomorph verspannten Filmen
Bestimmung von Ubergitterperioden
Bestimmung von Schichtverspannung + Zusammensetzung
bei defektbehafteten (teil-) relaxierten Filmen
(ortsaufgeloste Messungen )
Kristalldefekte erschweren die Peakauflösung
‘e002 tended sample stc:
O
Senne
reste ity
tno 205 0m
10" CRETE
so Ns wo uso es
201009}
Sie sehen hier die Reflexionsprofie eines dünnen Indium Gallum Nitrid Fims, der auf einer
2.7 um dicken Galllum Nivide Bufferschicht aufgewachsen wurde.
Das obere Reflexionsprof ist eine konventionelle sogenannte "Rockingkuve", wie sie
üblicherweise ohne Winkeliskriminierung auf der Detektorseite (mit “offenem” Detektor)
‚gemessen wir.
> man erkennt einen breiten starken GaN Peak und die schwache
Andeutung eines Peaks der InGaN Schicht auf der Kleinwinkelselte
> die Breite des GaN Peaks betragt typischerweise etwa 200 .. 300
Winkelsekunden
Eine Messung der gleichen Probe unter Verwendung eines 4-fach Analysators vor dem
Detektorlóst dle Peaks von GaN und InGaN sauber aut,
as rote Profi it eine Simulation auf Basis der Dynamischen Theorie der
Röntgenbeugung.
> mit Hilfe der Simulation erfahrtman: de Schichtsicke und die
Gittefehianpassung der InGaN Schicht relat zum GaN Buffer
parallel zur Wachstumsrichtung
so
‘e002 tended sample stc:
O
Senne
reste ity
tno 205 0m
10" CRETE
so Ns wo uso es
201009}
Sie sehen hier die Reflexionsprofie eines dünnen Indium Gallum Nitrid Fims, der auf einer
2.7 um dicken Galllum Nivide Bufferschicht aufgewachsen wurde.
Das obere Reflexionsprof ist eine konventionelle sogenannte "Rockingkuve", wie sie
üblicherweise ohne Winkeliskriminierung auf der Detektorseite (mit “offenem” Detektor)
‚gemessen wir.
> man erkennt einen breiten starken GaN Peak und die schwache
Andeutung eines Peaks der InGaN Schicht auf der Kleinwinkelselte
> die Breite des GaN Peaks betragt typischerweise etwa 200 .. 300
Winkelsekunden
Eine Messung der gleichen Probe unter Verwendung eines 4-fach Analysators vor dem
Detektorlóst dle Peaks von GaN und InGaN sauber aut,
as rote Profi it eine Simulation auf Basis der Dynamischen Theorie der
Röntgenbeugung.
> mit Hilfe der Simulation erfahrtman: de Schichtsicke und die
Gittefehianpassung der InGaN Schicht relat zum GaN Buffer
parallel zur Wachstumsrichtung
so
Diffraction-Space-Maps eines InGaN-Films auf GaN / Al¿O(00.1)
t ‘surface normal,
Ergebnisse:
+ Giterparameter
ane" von
GaN und Inca
«Schichtdicke des
InGaN = Fims
+ Peakverbreterung ist
Folge von Mosaztt:
“rete” hang ab von,
der Scan-Rietung
Wie kommt es nun, daß die normale “Reckingkurve” so bret ist ?
Ohne zusehr ins Detail zu gehen:
Sl sehen hier 2-imensionae sogenannte "Difraction-Space-Maps", Die Messung erfordert eine
systemalisenes Abseannen des Winkeraums, der durch de beiden Achsen u und 20 aufgespannt
Wir, Natorich mit man nur in Winkelbereichen, wo Peaks vorhanden sind Im velegenden Fall
‘sind des de Peaks von GaN und InGaN
Ste benetigen keine Theorie. um desen Pits niche Informationen zu entnehmen I
Betrachten wir zunächst de Peakpositonen:
ie zentraie Link im inken Ptit uns dieselbe Information wie das hübsch aufglöste dm.
Retexionsprof von vain: man sieht de Peaks von GaN und InGaN und zusatzich noch
Schiehtickennerferenzen,
=> Die 20 Postionen nennen uns den absoluten Giterparameter "ein der
Kitalictung senkrecht zur Oberläche (beirachlen Sie bte den geben Bake).
Die "Landkarte" auf der rechten Seite zeigt de Lage von Giterebenen, die relat zur Obertache
geneigt sind. Die Oberächennormale it als Pel eingezeichnet
> Die jeweiige (0-0) Poston fe uns drekt das Giterparameterverhlnis la der
beiden hexagonalen Kıstalle.
Mi Hi von e" und “ela” bekommen wr den Giterparamete “ain der Aufwachsebene fr dle
InGaN Schicht und de GaN Bufescnint
Ergebnisse: __ beide Giterparameter sind lech!
lund: baide Krstalfime sind verspannt 1
in Blick aut ie Peak-Habwertbreiten
grosse Peakbreïte senkrecht zur Oberfáche: > Verkippungen von 210"
geringe Peakbrete parallel zur Oberlächennermalen: -> beide Schichten sind
homogen verspannt
a
t ‘surface normal,
Ergebnisse:
+ Giterparameter
ane" von
GaN und Inca
«Schichtdicke des
InGaN = Fims
+ Peakverbreterung ist
Folge von Mosaztt:
“rete” hang ab von,
der Scan-Rietung
Wie kommt es nun, daß die normale “Reckingkurve” so bret ist ?
Ohne zusehr ins Detail zu gehen:
Sl sehen hier 2-imensionae sogenannte "Difraction-Space-Maps", Die Messung erfordert eine
systemalisenes Abseannen des Winkeraums, der durch de beiden Achsen u und 20 aufgespannt
Wir, Natorich mit man nur in Winkelbereichen, wo Peaks vorhanden sind Im velegenden Fall
‘sind des de Peaks von GaN und InGaN
Ste benetigen keine Theorie. um desen Pits niche Informationen zu entnehmen I
Betrachten wir zunächst de Peakpositonen:
ie zentraie Link im inken Ptit uns dieselbe Information wie das hübsch aufglöste dm.
Retexionsprof von vain: man sieht de Peaks von GaN und InGaN und zusatzich noch
Schiehtickennerferenzen,
=> Die 20 Postionen nennen uns den absoluten Giterparameter "ein der
Kitalictung senkrecht zur Oberläche (beirachlen Sie bte den geben Bake).
Die "Landkarte" auf der rechten Seite zeigt de Lage von Giterebenen, die relat zur Obertache
geneigt sind. Die Oberächennormale it als Pel eingezeichnet
> Die jeweiige (0-0) Poston fe uns drekt das Giterparameterverhlnis la der
beiden hexagonalen Kıstalle.
Mi Hi von e" und “ela” bekommen wr den Giterparamete “ain der Aufwachsebene fr dle
InGaN Schicht und de GaN Bufescnint
Ergebnisse: __ beide Giterparameter sind lech!
lund: baide Krstalfime sind verspannt 1
in Blick aut ie Peak-Habwertbreiten
grosse Peakbreïte senkrecht zur Oberfáche: > Verkippungen von 210"
geringe Peakbrete parallel zur Oberlächennermalen: -> beide Schichten sind
homogen verspannt
a
Bestimmung der Metrik teilrelaxierter Kristallfilme
Unabhängige Bestmmung der Giterparameter von Krsalfim{en) und Substrat
i symmetishe Renee
i mé 2
i erweiterte
5 a Bond Methode
H ‘a aommetiche Renee
i IS as ea
mad mu to Es
où
Zeit sie zu messen und wir bekommen eine Menge Daten, die wir nicht notwendigerweise
rauchen,
e Difraction-Space-Maps sind ausserordentlich nformati, allerdings dauert es seine
Eine schnelle Prozedur, um "e" und das “c/a” Verhältnis zu bestmmen basiert auf der
Bond-Methode.
Man benötigt vorzugsweis:
= grosse Beugungswinkel, um Peak zu separieren
= eine Möglichkeit ie Strahiichtung in Bezug auf de Krstalinetzebene
umzukehren
- symmetisch aquivalente asymmetrische Netzebenen
(ies vereinfacht dle Auswertung)
In der Praxis:
= misst man 4 Retlexbereiche
=. fitetman die Peaks mit Gauss-Profilen
= benutzt man z.B, Excel-Tabelen zur Auswertung
Ergebnis:
- ie Metik (=Giterparameter) eines mehr oder weniger verspannten
Einkristalls
Unabhängige Bestmmung der Giterparameter von Krsalfim{en) und Substrat
i symmetishe Renee
i mé 2
i erweiterte
5 a Bond Methode
H ‘a aommetiche Renee
i IS as ea
mad mu to Es
où
Zeit sie zu messen und wir bekommen eine Menge Daten, die wir nicht notwendigerweise
rauchen,
e Difraction-Space-Maps sind ausserordentlich nformati, allerdings dauert es seine
Eine schnelle Prozedur, um "e" und das “c/a” Verhältnis zu bestmmen basiert auf der
Bond-Methode.
Man benötigt vorzugsweis:
= grosse Beugungswinkel, um Peak zu separieren
= eine Möglichkeit ie Strahiichtung in Bezug auf de Krstalinetzebene
umzukehren
- symmetisch aquivalente asymmetrische Netzebenen
(ies vereinfacht dle Auswertung)
In der Praxis:
= misst man 4 Retlexbereiche
=. fitetman die Peaks mit Gauss-Profilen
= benutzt man z.B, Excel-Tabelen zur Auswertung
Ergebnis:
- ie Metik (=Giterparameter) eines mehr oder weniger verspannten
Einkristalls
Ermittlung der Zusammensetzung bei hexagonalen Kristallfilmen
Wie kommen wir nun von diesen eventuell verspannten Giterparametern zur Fm
Zusammensetzung ? Die Arbeitsweise it für alle uniaxial verspannten Krstalfime im
Prinzip sehr ähnlich.
1 nach Messung der Peakpositonen
berechnen wir die verspannten Grterparameter
run entspannen wir de Kristal+Elementarzelle mathematisch
2 _ virnehmen Naherungswerte für die Materialparameter D and E
(der elastische Parameter hangt von der Zusammensetzung ab)
entspannen die Elementarzele mit der gezeigten Formel
schatzen die Zusammensetzung mit der Vegard'schen Reg (2 8.)
und rekursieren nach Schritt 2 solange erforderlich
»
Wie kommen wir nun von diesen eventuell verspannten Giterparametern zur Fm
Zusammensetzung ? Die Arbeitsweise it für alle uniaxial verspannten Krstalfime im
Prinzip sehr ähnlich.
1 nach Messung der Peakpositonen
berechnen wir die verspannten Grterparameter
run entspannen wir de Kristal+Elementarzelle mathematisch
2 _ virnehmen Naherungswerte für die Materialparameter D and E
(der elastische Parameter hangt von der Zusammensetzung ab)
entspannen die Elementarzele mit der gezeigten Formel
schatzen die Zusammensetzung mit der Vegard'schen Reg (2 8.)
und rekursieren nach Schritt 2 solange erforderlich
»
Verspannung / Zusammensetzung einer InGaNiGaN/AI,0,(00.1) Probenserie
S A, Ergebnisse:
+ InGaN Fime verspannen sich
elastisch aut GaN Bufersehehten
+ verspannte InGaN Schichten
ou können "mathematisch" entspannt
on Materaidaten Kenn
tati parameter cpm]
má RBS and SIMSIEDX.
CD ENT Ergebnissen überein
latice parameter a [pm]
‘warden, wenn man de elastschen
+ mies HRXRO ervatene Werte or
de Zusammensetzung simmen gut
(Graphisch kann man dieses Vorgehen im folgenden Diagramm veranschaulchen.
Man nehme
- eine Gallium Nitide Buferschient
beim Verspannen Ihre Elementarzelle verschiebt sich der
‘arstellende Punkt entlang der roten Linie
= eine indium Gallium Nivid Schicht:
Ihr dastellender Punkt wird im unverspannten Zustand irgendwo,
auf der grünen Linie zwischen den Punkten für GaN und I legen
- bei Verspannen dieser InGaN Schicht verschiebt sich der
‘arstellende Punkt parallel zu den roten Linien
‘Nun zu den Messpunkten unserer Temperatursere:
= die Punkte gen fast lle mehr oder weniger oberhalb des Punktes für
‘GaN. dh. ihr Giterparameter in der Aufwachsebene stimmt
Ziemlich gut mit dem des GaN Buffers überein
- die Zusammensetzung erhält man indem man den jeweiligen.
Pfeirichtungen fol, bis die grüne Line ereict ist Die erhattenen
Werte sind in recht guter Übereinstimmung mí Daten, de mittels
SIMS und RBS erhalten wurden.
2”
S A, Ergebnisse:
+ InGaN Fime verspannen sich
elastisch aut GaN Bufersehehten
+ verspannte InGaN Schichten
ou können "mathematisch" entspannt
on Materaidaten Kenn
tati parameter cpm]
má RBS and SIMSIEDX.
CD ENT Ergebnissen überein
latice parameter a [pm]
‘warden, wenn man de elastschen
+ mies HRXRO ervatene Werte or
de Zusammensetzung simmen gut
(Graphisch kann man dieses Vorgehen im folgenden Diagramm veranschaulchen.
Man nehme
- eine Gallium Nitide Buferschient
beim Verspannen Ihre Elementarzelle verschiebt sich der
‘arstellende Punkt entlang der roten Linie
= eine indium Gallium Nivid Schicht:
Ihr dastellender Punkt wird im unverspannten Zustand irgendwo,
auf der grünen Linie zwischen den Punkten für GaN und I legen
- bei Verspannen dieser InGaN Schicht verschiebt sich der
‘arstellende Punkt parallel zu den roten Linien
‘Nun zu den Messpunkten unserer Temperatursere:
= die Punkte gen fast lle mehr oder weniger oberhalb des Punktes für
‘GaN. dh. ihr Giterparameter in der Aufwachsebene stimmt
Ziemlich gut mit dem des GaN Buffers überein
- die Zusammensetzung erhält man indem man den jeweiligen.
Pfeirichtungen fol, bis die grüne Line ereict ist Die erhattenen
Werte sind in recht guter Übereinstimmung mí Daten, de mittels
SIMS und RBS erhalten wurden.
2”
Messbeispiele
Phasen- und Textur-Analyse an polyisistaliinen Filmen
Bestimmung von Schichtdicke + Zusammensetzung
bei pseudomorph verspannten Filmen.
Bestimmung von Ubergitterperioden
Bestimmung von Schichtverspannung + Zusammensetzung
bei defektbehafteten (teil) relaxierten Filmen
ED orsauígeoste Messungen
Ortsaufgeioste Messungen sind dort von Bedeutung, wo die Hamogeniät von Substrat-
oder Schichteigenschaften über grössere laterale Probendimensionen gewährleistet sein
soll
> Quaitatskontrole
Daneben sind sie auch geeignet. lokale Änderungen des Verspannungszustandes z.B
infolge Metalisierung oder Abscheidung einer Passwierungsschicht zu quantiizieren.
> Prozesskontrolle
B
Phasen- und Textur-Analyse an polyisistaliinen Filmen
Bestimmung von Schichtdicke + Zusammensetzung
bei pseudomorph verspannten Filmen.
Bestimmung von Ubergitterperioden
Bestimmung von Schichtverspannung + Zusammensetzung
bei defektbehafteten (teil) relaxierten Filmen
ED orsauígeoste Messungen
Ortsaufgeioste Messungen sind dort von Bedeutung, wo die Hamogeniät von Substrat-
oder Schichteigenschaften über grössere laterale Probendimensionen gewährleistet sein
soll
> Quaitatskontrole
Daneben sind sie auch geeignet. lokale Änderungen des Verspannungszustandes z.B
infolge Metalisierung oder Abscheidung einer Passwierungsschicht zu quantiizieren.
> Prozesskontrolle
B
Messgeometrie einer Róntgentopographie-Kamera
Renigngule
Die Probe wird unter Eaton der
Rettesionstetungim Prmäretahı
vesahren
DefeiteKristalberiche reekteren
Starker oder sehwächer als perfekte.
Kntaiberiche
Der ausgeblendete eiküerte Strahl
erzeugt auf einem Fim en Bid der
Defektarukturim Matta 11
‘ppische Onsautosung: 10 is 50 um
ie Abbildung zeigt eine von mehreren ortsaufösenden Röntgentechniken.
Die Probe befindet sich im Zentrum eines winkelverstellsaren Probenhalters.
Im vorliegenden Fall wird beispielsweise ein Wafer mit einem monochromatischen
Stichlömig ausgebiendeten Röntgenstrahl durchstrahit
Die abgebeugte Röntgenstrahlung if auf eine rontgenempfindiche Schicht und erzeugt
dorteine 1:1 Abbildung der Kristaldetekte
‚Durch Translation unter Beibehaltung der Beugungsbedingung gelingt es ganze Wafer
abzubilden,
‘Am IAF verwenden wir eine solche Abbiläungstechnik bei Wafern nur sehr seiten in
Transmission, denn die meisten Il-V Verbindungen absorbieren Röntgenstrahlung relativ
stark, Hauiger ist die Abbildung in einer Reflexionsgeometie (bis zum Durchmesser von
maximal 150 mm).
6
Renigngule
Die Probe wird unter Eaton der
Rettesionstetungim Prmäretahı
vesahren
DefeiteKristalberiche reekteren
Starker oder sehwächer als perfekte.
Kntaiberiche
Der ausgeblendete eiküerte Strahl
erzeugt auf einem Fim en Bid der
Defektarukturim Matta 11
‘ppische Onsautosung: 10 is 50 um
ie Abbildung zeigt eine von mehreren ortsaufösenden Röntgentechniken.
Die Probe befindet sich im Zentrum eines winkelverstellsaren Probenhalters.
Im vorliegenden Fall wird beispielsweise ein Wafer mit einem monochromatischen
Stichlömig ausgebiendeten Röntgenstrahl durchstrahit
Die abgebeugte Röntgenstrahlung if auf eine rontgenempfindiche Schicht und erzeugt
dorteine 1:1 Abbildung der Kristaldetekte
‚Durch Translation unter Beibehaltung der Beugungsbedingung gelingt es ganze Wafer
abzubilden,
‘Am IAF verwenden wir eine solche Abbiläungstechnik bei Wafern nur sehr seiten in
Transmission, denn die meisten Il-V Verbindungen absorbieren Röntgenstrahlung relativ
stark, Hauiger ist die Abbildung in einer Reflexionsgeometie (bis zum Durchmesser von
maximal 150 mm).
6
Transmissions-Réntgentopogramm eines 2-Zoll VB-GaAs-Wafers
(aka, Re 220, AD Zum 100 Verezungen ua. aut( 11) Getbonan
ice Mares des Venado
Ein Beispiel für die topographische Abbildung eines 2-Zoll GalliumArsenid Waters
zeigt diese Folie
Links ist der gesamte Water zu sehen. Defekte, meist Versetzungen,treten hier als eine
Weisse Kontraste hervor
Dieser Wafer wurde nach dem vertikalen Bridgman-Verfahren gezüchtet und besitz nur
einen Bruchtell der Inienhaften Kristaldetekte üblicher LEC-GaAs Water.
Man erkennt, daß die Verstetzungen im Water nicht homogen verte sind, sondern sich zu
Versetzungsarrays, sogenannten Kleinwinkelkofngrenzen, zusammengefunden haben.
Diese Korngrenzen sind für Bauelemente nicht ganz ungefährlich, denn sie sind
~ mit Orientlerungsanderungen in der Grössenordnung von
bis 2u0.1 Grad verbunden, und
- besitzen lokal etwas veränderte elektronischen Eigenschaften als
Ihre Umgebung
Die rechte Abbildung zeigt einen vergrösserten Ausschnit aus dem linken Topogramm. Bel
{genauerem Hinsehen (event hier nur angedeutet sichtbar) erkennt man in der Nahe des
Waferrands Versetzungen, die sich auf (111) Gleitebenen befinden. Der Wafer wurde also
lrgendwann in seiner Vorgeschichte (Abkühlen, Sagen, Lappen, Poleren) einmal so stark
mechanisch beansprucht, daß eine plastische Verformung eintrat.
(aka, Re 220, AD Zum 100 Verezungen ua. aut( 11) Getbonan
ice Mares des Venado
Ein Beispiel für die topographische Abbildung eines 2-Zoll GalliumArsenid Waters
zeigt diese Folie
Links ist der gesamte Water zu sehen. Defekte, meist Versetzungen,treten hier als eine
Weisse Kontraste hervor
Dieser Wafer wurde nach dem vertikalen Bridgman-Verfahren gezüchtet und besitz nur
einen Bruchtell der Inienhaften Kristaldetekte üblicher LEC-GaAs Water.
Man erkennt, daß die Verstetzungen im Water nicht homogen verte sind, sondern sich zu
Versetzungsarrays, sogenannten Kleinwinkelkofngrenzen, zusammengefunden haben.
Diese Korngrenzen sind für Bauelemente nicht ganz ungefährlich, denn sie sind
~ mit Orientlerungsanderungen in der Grössenordnung von
bis 2u0.1 Grad verbunden, und
- besitzen lokal etwas veränderte elektronischen Eigenschaften als
Ihre Umgebung
Die rechte Abbildung zeigt einen vergrösserten Ausschnit aus dem linken Topogramm. Bel
{genauerem Hinsehen (event hier nur angedeutet sichtbar) erkennt man in der Nahe des
Waferrands Versetzungen, die sich auf (111) Gleitebenen befinden. Der Wafer wurde also
lrgendwann in seiner Vorgeschichte (Abkühlen, Sagen, Lappen, Poleren) einmal so stark
mechanisch beansprucht, daß eine plastische Verformung eintrat.
Reflexions-Réntgentopogramm von Misfit-Versetzungen
Mistiversatzungen in ener 3
Um dicken AIGAASGAAS.
Sent übeinger de
“nomate Defeat in
inem LEC-Gae Water
Richtungen der
Versetzungsinin: <110>
(uke, Rei: 116
Kcistalversetzungen entstehen meist während der Herstellung der massiven Kristalle, aus
denen die Wafersubstrate herausgesagt werden
Bel Sagen werden die Versetzungslinien durchgeschnitten und "enden" an den
Substratoberflchen.
Wird durch irgendein Verfahren ein eptaktischer Kristalfim auf eine solche Oberfläche
aufgebracht, dann wächst die Versetzung in diesen Kristalfim hinein. Dies sind die
sogenannten "threading dislocations
Die Lange der Versetzungsinie ist dabei normalerweise so kurz wie möglich, denn die im
Verzerrungsfel der Versetzung gespeicherte Energi it proportional zur Lange der
Versetzung
Unter bestimmten äusseren Einflüssen (die Abkühlung von der Wachstumstemperatur führt
meist zur Entstehung von mechanischen Spannungen zwischen Kristalfim und Substrat)
‘ann es zur Abgletung der Versetzung auf ihrer Gletebene kommen. Dies entspannt die
(Srenzläche lokal und verlangert dabei die Versetzungsinie, es entstehen sogenannte.
Misfitversetzungen,
Wie Sie sehen, kann man auch diese Versetzungen rüntgentopographisch abbilden, wenn
sie (wie im vorliegenden Fall) niet allzu haufig sind, denn irgendwann überlagern sich die
Kontraste und man sieht den Wald vor lauter Baumen nichtmehr.
8
Mistiversatzungen in ener 3
Um dicken AIGAASGAAS.
Sent übeinger de
“nomate Defeat in
inem LEC-Gae Water
Richtungen der
Versetzungsinin: <110>
(uke, Rei: 116
Kcistalversetzungen entstehen meist während der Herstellung der massiven Kristalle, aus
denen die Wafersubstrate herausgesagt werden
Bel Sagen werden die Versetzungslinien durchgeschnitten und "enden" an den
Substratoberflchen.
Wird durch irgendein Verfahren ein eptaktischer Kristalfim auf eine solche Oberfläche
aufgebracht, dann wächst die Versetzung in diesen Kristalfim hinein. Dies sind die
sogenannten "threading dislocations
Die Lange der Versetzungsinie ist dabei normalerweise so kurz wie möglich, denn die im
Verzerrungsfel der Versetzung gespeicherte Energi it proportional zur Lange der
Versetzung
Unter bestimmten äusseren Einflüssen (die Abkühlung von der Wachstumstemperatur führt
meist zur Entstehung von mechanischen Spannungen zwischen Kristalfim und Substrat)
‘ann es zur Abgletung der Versetzung auf ihrer Gletebene kommen. Dies entspannt die
(Srenzläche lokal und verlangert dabei die Versetzungsinie, es entstehen sogenannte.
Misfitversetzungen,
Wie Sie sehen, kann man auch diese Versetzungen rüntgentopographisch abbilden, wenn
sie (wie im vorliegenden Fall) niet allzu haufig sind, denn irgendwann überlagern sich die
Kontraste und man sieht den Wald vor lauter Baumen nichtmehr.
8
Einfluss der Wafer-Krümmung auf die Reflexbreite
iz
iz =
+ E
j s rt
mesure postion sf
‘Saphir und GallumNitid besitzen Ausdehnungskoefizienten, dle sehr unterschiedich sind,
Die relat hohen Wachstumstemperaturen vieler Nitride (T> 1000 °C) führen deshalb dazu,
(daß beim Abkühlen eine beachtlich grosse thermische Gitertehlanpassung zwischen
Schicht und Substrat entsteht
Dies kann zu einer erheblichen Verkrümmung des Waters führen.
Im vortiegenden Fall war ein 500 um dicker Saphir Wafer mi einer 2.7 um dicken Ga
Bufferschicht bei etwa T=1000°C beschichtet worden.
Die Verkrümmung wurde durch orautgeloste Röntgendifraktometrie gemessen. Man mitt
(dabei de Winkelanderung der Reflexpositon eines Substratreexes in Abhangigkeit von
der Mess-Stelle. D.h. man fahrt an eine Stelle, sucht und findet de Winkellage des
Reflexmaximums,fahrt an die nächste Stelle und so for.
‘Aus der Steigung der Messkurve dieser Abbildung bekomm man folgendes heraus:
- der Krümmungsradius ist etwa 7 m,
= der Water ist "nach oben’ gekrümmt,
> ie Oberseite des Substras steht unter Zugspannung,
der GaN-Kristalfim steht unter Oruckspannung
»
iz
iz =
+ E
j s rt
mesure postion sf
‘Saphir und GallumNitid besitzen Ausdehnungskoefizienten, dle sehr unterschiedich sind,
Die relat hohen Wachstumstemperaturen vieler Nitride (T> 1000 °C) führen deshalb dazu,
(daß beim Abkühlen eine beachtlich grosse thermische Gitertehlanpassung zwischen
Schicht und Substrat entsteht
Dies kann zu einer erheblichen Verkrümmung des Waters führen.
Im vortiegenden Fall war ein 500 um dicker Saphir Wafer mi einer 2.7 um dicken Ga
Bufferschicht bei etwa T=1000°C beschichtet worden.
Die Verkrümmung wurde durch orautgeloste Röntgendifraktometrie gemessen. Man mitt
(dabei de Winkelanderung der Reflexpositon eines Substratreexes in Abhangigkeit von
der Mess-Stelle. D.h. man fahrt an eine Stelle, sucht und findet de Winkellage des
Reflexmaximums,fahrt an die nächste Stelle und so for.
‘Aus der Steigung der Messkurve dieser Abbildung bekomm man folgendes heraus:
- der Krümmungsradius ist etwa 7 m,
= der Water ist "nach oben’ gekrümmt,
> ie Oberseite des Substras steht unter Zugspannung,
der GaN-Kristalfim steht unter Oruckspannung
»
Zusammenfassung und Ausblick
Rörtgenbeugung erlaubt de zerstrungstele Analyse von Krsalfimen hinsichtlich.
+ Phasenreinhel, Orienterungen und Baufehler
Poly, Texur Mosaltät, Stapeteler, Veippungen
+ technolgischerStuktuparameter
Schichacke, Ubegiterperede, Zusammensetzung, Verspannung
Ausbek: | preudomanphe Sehientstuktren werden komplexer
heht-gtlerangepasste Systeme werden zunehmen
‘Svessbestimmungen bel texturierten Schichten werden notwendig
Homegentatstagen (6 Zol Water werden weniger
Am Ende meines Vortrags möchte ich einige wesentiche Punkte noch einmal
zusammenfassen
“
Rörtgenbeugung erlaubt de zerstrungstele Analyse von Krsalfimen hinsichtlich.
+ Phasenreinhel, Orienterungen und Baufehler
Poly, Texur Mosaltät, Stapeteler, Veippungen
+ technolgischerStuktuparameter
Schichacke, Ubegiterperede, Zusammensetzung, Verspannung
Ausbek: | preudomanphe Sehientstuktren werden komplexer
heht-gtlerangepasste Systeme werden zunehmen
‘Svessbestimmungen bel texturierten Schichten werden notwendig
Homegentatstagen (6 Zol Water werden weniger
Am Ende meines Vortrags möchte ich einige wesentiche Punkte noch einmal
zusammenfassen
“
Danksagung
Insttutslettung S.weinann
P. kal
Kristalizichtung
m-v MOCVO KH. Bachem, H. bleh,
M Peter, A. Ramakrishnan
MBE IK. Kote. J. Seite u. Mitarbeiter
M Wiles arbeiter
Diamant evo VA. Maller Seber, Gi
Róntgenexperimente und Auswertung
H Gallen, R.Nieddu IAF Freiburg
K Heiming TU Ghusthal
M. Sehen Siemens ZFE München
Die vorgestelten Ergebnisse basieren auf der Expertise und den
Erfahrungen zahlreicher Kollegen, von denen ich einige besonders,
nennen möchte:
= de Instusletung
„unsere Kristalzüchter
meine Kollegen in den Rontgeniabors
Bleibt mir zum Schluss, mich fr Ihre Aufmerksamkeit zu bedanken.
a
Insttutslettung S.weinann
P. kal
Kristalizichtung
m-v MOCVO KH. Bachem, H. bleh,
M Peter, A. Ramakrishnan
MBE IK. Kote. J. Seite u. Mitarbeiter
M Wiles arbeiter
Diamant evo VA. Maller Seber, Gi
Róntgenexperimente und Auswertung
H Gallen, R.Nieddu IAF Freiburg
K Heiming TU Ghusthal
M. Sehen Siemens ZFE München
Die vorgestelten Ergebnisse basieren auf der Expertise und den
Erfahrungen zahlreicher Kollegen, von denen ich einige besonders,
nennen möchte:
= de Instusletung
„unsere Kristalzüchter
meine Kollegen in den Rontgeniabors
Bleibt mir zum Schluss, mich fr Ihre Aufmerksamkeit zu bedanken.
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