Verzerrungsmessung in Halbleiterkristallen mittels konvergenter Nanosonden-Rastertransmissionselektronenmikroskopie

• Antragsteller: Professor Dr. Knut Müller-Caspary
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 240620893

Die Messung von Verzerrungsfeldern in Halbleiterkristallen ist ein Grundbaustein zum Verständnis physikalischer Prozesse in aktuellen GeSi/Si oder (Al)GaN/Saphir-basierten Heterostrukturen. Daher sollen Verzerrungen in bei verschiedenen Temperaturen hergestellten GeSi/Si Inseln gemessen wer-den, um das Wachstum von Ge auf Si grundlegend zu verstehen. Zusätzlich sollen Verzerrungsfelder und Ge-Verteilungen in den Kernbausteinen von Hochleistungs-Prozessoren, sog. GeSi-MOSFETs, gemessen werden, da deren elektronische Eigenschaften drastisch vom Verzerrungszustand abhän-gen. Auf dem Gebiet der Optoelektronik soll die Verspannungsreduktion in GaN/Saphir Pseudosub-straten auf Mikrometerskala charakterisiert werden, da diese entscheidenden Einfluss auf Wachstum und Effizienz darüber liegender InGaN/GaN LEDs nimmt. Um diese Messungen zu ermöglichen, muss eine Methode im Bereich Raster-Transmissionselektronenmikroskopie (STEM) weiterentwickelt werden, die die Positionen von Beu-gungsreflexen auswertet. Konkret wird ein STEM-Strahl über die Probe gerastert und an jedem Ras-terpunkt ein sog. CBED-Beugungsbild aufgenommen, das aus scheibchenförmigen Beugungsreflexen besteht, aus deren Positionen die Verzerrung mit der Präzision 7x10-4 bestimmt werden kann. Bereits entwickelte Algorithmen sollen so in eine Betriebssoftware zur Steuerung des FEI Titan Mikroskops implementiert werden, dass die Auswertung in-situ erfolgt. Einerseits wird so das enorme Datenaufkommen reduziert und andererseits liegt das Verzerrungsfeld direkt nach der Aufnahme vor. Um die bereits erreichte Ortsauflösung von 0,5nm bei 2D-Messungen auszuschöpfen, ist eine drastische Beschleunigung der Datenakquisition nötig, die mit den bisher verwendeten Kameras nicht möglich ist. Test, Adaptierung und Installation eines neuen, sog. Delay-Line Detektors sind daher für die erste Phase dieses Vorhabens geplant.Um Verzerrungsmessungen in großen Probenbereichen mit mehreren Mikrometern Durchmesser durchführen zu können, soll eine STEM-Präzessionsmethode in Experiment und Simulation entwickelt werden, bei der der einfallende Elektronenstrahl auf einem Kegelmantel präzediert, während gleich-zeitig die daraus resultierende Beugungsbildverschiebung kompensiert wird. Dies dient dem Ausgleich stark schwankender Reflexintensitäten und der Anregung hochindizierter Reflexe, die äußerst sensitiv auf Verzerrungen sind.Im Weiteren soll die Verzeichnung des Beugungsbildes durch nachvergrößernde Linsen untersucht und bei Verzerrungsmessungen berücksichtigt werden, um darauf aufbauend den vollständigen (2D-) Verzerrungstensor samt Scherung zuverlässig messen zu können.Schließlich sollen die Verzerrungsmessungen mit dem sog. Z-Kontrast Signal kombiniert werden, das sowohl auf Stöchiometrie als auch Verzerrungen sensitiv ist. Durch simultane Messung von Verzer-rungsfeld und Z-Kontrast-Signal soll die Präzision der Zusammensetzungsanalyse in stark verzerrten Probenbereichen gesteigert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Delay-Line Detektor
• Gerätegruppe: 5190 Sonstige elektronenoptische Geräte (außer 404 und 510-518)