Neues Analytiktool am FBH

Im Rahmen des "Anwendungszentrums Höchstfrequenztechnologien" wurde am FBH ein Analytik-Tool zur Charakterisierung von Degradationsprozessen in Halbleiterbauelementen (siehe Abb. 1) beschafft und in der Abteilung Materialtechnologie in Betrieb genommen. Herzstück des aus EFRE-Mitteln finanzierten Gerätes ist ein Rasterelektronenmikroskop mit thermischem Feldemitter der Firma Zeiss (Ultra Plus) zur hochauflösenden Abbildung von Oberflächen.  Bei der Inbetriebnahme konnte eine laterale Auflösung von 1 nm nachgewiesenen werden.

Dieses Mikroskop ist mit verschiedenen Systemen zur Analyse der strukturellen und optischen Eigenschaften von Halbleiterschichten und Chips ausgerüstet. Dazu zählen ein energiedispersives Röntgenspektrometer (EDX) der Firma Bruker mit einer Energieauflösung von 125 eV  zur ortsaufgelösten Charakterisierung von Elementzusammensetzungen und ein System zur Detektion von Elektronenstrahl-induzierten Strömen (EBIC), mit dem Fehler in der Funktionalität von Transistoren und Halbleiterlasern ermittelt werden können.

Darüber hinaus wurde das Mikroskop mit einem Kathodolumineszenz-System der Firma Gatan ausgestattet. Dieses ermöglicht es, die optischen Eigenschaften von Chips vor und nach Lebensdauertests bis hinunter zu 80 K zu untersuchen. Das System Mono-CL4 eignet sich zur Aufnahme von schnellen spektralen Mappings der Emissionswellenlänge in einem Wellenlängenbereich von 200 nm bis 1100 nm mit einer lateralen Auflösung im Bereich von einigen 10 nm sowie zur Aufnahme von Intensitäts-Mappings bei bestimmten Wellenlängen. Damit können die Bereiche, in denen sich beim Betrieb der Bauelemente durch besonders hohe Belastung die Materialeigenschaften verändert haben, mit hoher Präzision bestimmt werden.

Anwendungsbeispiele belegen die Leistungsfähigkeit des neuen Gerätes, das die apparativen Möglichkeiten zur Charakterisierung von Halbleiterschichtstrukturen und Bauelementen am FBH qualitativ deutlich verbessert. So zeigt Abb. 2 die vertikale und laterale Struktur eines Lasers mit integriertem Bragg-Gitter in hoher Auflösung. Die Kontraste sind bedingt durch die unterschiedlichen Materialzusammensetzungen von geätztem Gitter und der in einem zweiten Epitaxieschritt eingefüllten Wellenleiterschicht. Das neue Mikroskop ermöglicht einen verbesserten ordnungszahlabhängigen Kontrast bei gleichzeitig sehr guter lateraler Auflösung. In Abb. 3 ist eine 20 µm dicke HVPE-GaN-Schicht auf strukturiertem Saphir-Substrat zu sehen, wobei (a) eine Kathodolumineszenzabbildung mit dunklen, nicht leuchtenden Punkten an Versetzungen (Defektdichte:1,3 x 108 cm^-2) zeigt. In Abb. 3(b) ist die Oberflächenstruktur mit regelmäßigen Wachstumsterrassen und Durchstoßpunkten der auch in Abb. 3(a) sichtbaren Versetzungen zu sehen.

FBH-Forschung: 13.02.2012