《宽禁带半导体发光材料》2.2氮化物材料测试技术2

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1、大纲2.2.1X-raydiffraction,XRD2.2.2Photoluminescencespectroscopy,PL2.2.3Cathodoluminescencespectroscopy,CL2.2.4Scanningelectronmicroscopy,SEM2.2.5Transmissionelectronmicroscopy,TEM2.2.6Atomicforcemicroscopy,AFM2.2.7Secondionmassspectroscopy,SIMS2.2.8Halleffect22.2.5TransmissionElectronMicroscopy,TEM

2、TEM工作原理•以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种具有高分辨本领、高放大倍数的电子光学仪器TEM表征技术•可以进行EELS，EDS，TEM和高分辨TEM表征5TEM与光学显微镜6截面样品的制备生长面衬底压制0.5mm2.5mm2mmTEM应用-硅基GaN外延层微结构分析LED全结构片（蓝光生长条件）891011（1-101）p-GaNEBLGaNc面MQWsn-GaN12ab（1-101）面GaNc面13C面In组分变化：14（1-101）面In组分变化15TEM观测位错Fig.2Dark-fieldcross-sectionalTEMimagetakenundert

3、wo-beamconditionwithg=[1120](a)andg=[0001](b)observedfromdirectionperpendiculartoc-axis水平方向的TEM图像可以很好的观察到各个缺陷的类型。E标志的刃和混合位错，s标明的螺位错。采用TiN大量的减少了E型缺陷。但是对S的影响不是很大。位错相消得判据g·b=0分别测量两种位错phys.stat.sol.(c)4,No.7,2528–2531观察GaN外延层内刃位错17单晶GaN纳米线高分辨TEM和电子衍射花样18多晶电子衍射花样192.2.6AtomicForceMicroscopy,AFMAFM•原子力

4、显微镜（AtomicForceMicroscopy,AFM）,纳米级高分辨扫描探针显微镜，以原子间力为工作基础的显微镜，从STM发展而来，STM（ScanningTunnelMicroscopy，扫描隧道显微镜）只能测量导电样品，基于隧道电流•金属，半导体，绝缘体；大气,液体下直接观测21原子间的距离和作用•原子间作用力：原子间距离很大时，相互作用很小；距离减小时，斥力和引力以不同函数形式增大22AFM探针•利用尖锐针尖在样品表面运动，因针尖尖端原子与样品表面原子存在范德华力，使微悬臂产生微小弯曲，检测悬臂弯曲所造成的微小位移量，得到样品表面形貌成像•AFM主要测试表面粗糙度，或表面起伏

5、程度•探针针尖：硅或氮化硅，针尖半径：10-几十纳米，由MEMS技术制作•横向分辨率可以达到0.1-0.2nm，纵向分辨率可达到0.01nm23•AFM悬臂的大小在数十至数百微米，通常由硅或者氮化硅构成，其上装有探针，探针尖端的曲率半径在纳米量级。当探针被放置到样品表面附近时，悬臂上的探针头会因受到样品表面的范德瓦耳斯力而弯曲偏移。偏移由射在微悬臂上的激光束反射至光敏二极管阵列而测量到24成像模式•AFM可以在不同模式下运行。这些模式可以被分为静态模式（StaticMode，也称接触模式，ContactMode），或其他一系列动态模式（DynamicMode，如非接触模式（Non-Con

6、tactMode）、轻敲模式(TappingMode)、侧向力模式(LateralForceMode)）25GaN表面AFM照片•GaN/Sapphire•V坑密集分布•GaN/GaNthicklayer27AFM应用云母的原子像（接触模式）DVD光盘表面（接触模式）2.2.7SecondIonMassSpectroscopy,SIMSSIMS工作原理•二次离子质谱是利用质谱法分析初级离子入射靶面后，溅射产生的二次离子而获取材料表面信息的一种方法。•一定能量的离子打到固体表面会引起表面原子、分子或原子团的二次发射，即离子溅射。溅射的粒子一般以中性为主，其中有一部分带有正、负电荷，这就是二

7、次离子。利用质量分析器接收分析二次离子就得到二次离子质谱。•二次离子质谱可以分析包括氢在内的全部元素，并能给出同位素的信息，分析化合物组分和分子结构。二次离子质谱具有很高的灵敏度，可达到ppm甚至ppb的量级，还可以进行微区成分成像和深度剖面分析。•用途：分析组分，杂质30SIMS工作原理31323334SIMS应用35原位生长及500度，600度退火后ZnO薄膜中H原子分布362.2.8Hallmeasurement霍尔效应，Ha