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时间分辨阴极发光成像如何拓宽(复合)半导体在新技术中的应用?

 

(复合)半导体:极大促进各技术领域发展的材料

半导体作为电子设备的重要组成部分,在过去的几十年中一直是材料研究的重点。硅因其易用性而成为最常见的半导体材料,并已发现了广泛的商业应用。然而,硅是一种间接的带隙材料,这在一定程度上限制了其应用。而17年前被发现的复合半导体是一种性能更好的半导体,它们由两种或两种以上的化学元素组成,通常提供比硅更高的处理速度和更有利的光电性能。它们在室温下具有较低的热噪声,可以在较高的温度下工作,并且可以通过合金化不同的成分来调节其带隙,从而能够选择发射波长。复合半导体可用于智能手机和其他无线设备的功率放大器,以及DVD,蓝光,LED和太阳能电池的光源中。然而,因其加工成本更高,大规模的商业化发展目前还存在一定的障碍。

CPU made of transistors                      由百万个微型晶体管组成的CPU的示例(图片来源:Krbo | Flickr)

氮化镓(GaN)是最常见的复合半导体之一,在较低电压下工作时,其电子传导效率是硅的1000倍。由于氮化镓和其他复合半导体具有辅助高速开关的能力,因此它们能被用于诸如光子学以及光学和RF通信等关键市场。复合半导体的开发可以使众多需要高性能水平以及传感功能的技术产业受益,例如安全系统、航空航天和汽车应用。因此,有关复合半导体领域的研究也一直是学术界和工业界的热门话题。

阴极发光成像:研究(复合)半导体的理想工具

阴极发光(Cathodoluminescence)成像和光谱学近年来被广泛应用于氮化镓材料和器件的研究中。 SPARC是一种高性能的阴极发光检测系统。借助其独一无二的高精度镜台,SPARC为半导体和复合半导体(例如:基于氮化镓的LED材料)的研究开辟了新途径。高能电子束能以亚波长空间分辨率有效激发氮化镓的宽带隙(3.4 eV),发出的光用于对局部缺陷(例如:位错)成像,并用于探测小尺寸的发光特性。随着LED器件逐步趋于小型化,阴极发光是在纳米级对其进行检查的最重要工具。此外,通过改变一次电子的能量,可以探测不同的深度,从而在分层装置的情况下获取更多的信息。 Delmic已经发布了有关块体及纳米结构氮化镓基LED材料阴极发光的中文版应用说明,扫描下方二维码即可下载查阅。

使用时间分辨阴极发光成像全面了解复杂的3D(复合)半导体结构

SPARC阴极发光探测器通过加装LAB Cube模块,便可以完成时间分辨阴极发光成像,可用于研究包括半导体在内的各种材料时间动态。LAB Cube模块具有进行光子寿命成像和g2二次相关性研究的功能(包括反聚束实验),并且是提供深入了解内在材料特性、纳米级质量和缺陷的好工具。它与包括(In)氮化镓,钙钛矿和GaAs等光电器件在内的复合半导体的广泛应用密切相关。此外,LAB Cube模块是一个独特且易于操作的系统,可以在任何扫描电子显微镜和SPARC系统上进行改装,并无需进行任何其他调配。

下图显示了在内部具有InGaN量子阱的GaN纳米棒阵列上进行g2探测的示例。在此情况下,在阵列上对电子束进行光栅扫描,并针对每个位置获取g2曲线。我们可以在(b)中清楚地看到聚束效应,其中g2(0)明显大于1。对于每个扫描像素,聚束峰用于提取局部寿命τe和激发概率γ。

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(a)的SEM图像中显示的InGaN / GaN纳米棒上g2映射数据的示例。(b)以三个彩色正方形记录的g2数据,如面板(c)中的箭头所示,该图显示了与g2数据集一起记录的SE强度。还显示了(d)寿命τe,(e)振幅g2(0)-1和(f)激发概率γ的映射。如果数据太嘈杂而无法提取这些参数,则在图中将像素保留为白色。黑色线条表示纳米棒的轮廓。上图由Sophie Meuret博士(阿姆斯特丹AMOLF研究中心)提供。

通过使用SPARC阴极发光探测器对半导体动力学进行成像获得的这些信息可用于理解和量化这种复杂3D半导体结构的电子束相互作用,并提供对材料质量和均质性的强大洞悉。如果您对我们的产品SPARC或LAB Cube感兴趣,请前往产品页面了解更多。

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