การตรวจสอบความบกพร่องเชิงโครงสร้างของฟิล์มบางสารกึ่งตัวนำ InGaASN โดย กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านด้วยวิธีการสร้างภาพพื้นมืด

Abstract

สมบัติเชิงโครงสร้างของฟิล์มบางสารกึ่งตัวนำถูกนำมาตรวจสอบอย่างมีระบบ ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนชนิด ส่องผ่านโดยเน้นไปที่โหมดสร้างภาพพื้นมืด ปกติแล้วการใช้งานทั้งโหมดภาพพื้นสว่างและภาพพื้นมืดมีความจำเป็นสำหรับ การวิเคราะห์ตัวอย่างเป็นอย่างยิ่ง โดยเฉพาะงานที่ต้องศึกษาความบกพร่องของโครงผลึก ได้แก่ ดิสโลเคชัน การจัดเรียง อะตอมผิดตำแหน่งและเกิดขอบเขต งานวิจัยนี้ชิ้นงานที่ถูกนำมาใช้เป็นกรณีศึกษาคือ ฟิล์มบางสารกึ่งตัวนำอินเดียมแกลเลียม อาร์เซไนด์ไนไตรด์ปลูกลงบนชั้นบัฟเฟอร์แกลเลียมอาร์เซไนด์ลงบนวัสดุฐานรองเจอร์มาเนียมระนาบ 001 และฟิล์มบางสาร กึ่งตัวนำแกลเลียมอาร์เซไนด์ปลูกลงบนวัสดุฐานรองเจอร์มาเนียมที่ทำมุม 6 องศากับทิศ [110] จากผลการทดลองรูปแบบ การเลี้ยวเบนอิเล็กตรอนที่ได้จากชั้นฟิล์ม พบว่ามีการแสดงรูปแบบการเลี้ยวเบนเดี่ยว และไม่มีการกระเจิงที่อยู่นอกเหนือ มุมแบรกก์ ซึ่งหมายถึงโครงสร้างผลึกของชั้นฟิล์มเป็นแบบผลึกเดี่ยว มีความสม่ำเสมอในส่วนประกอบ และมีทิศทางการ วางตัวของผลึกในทิศเดียวกันกับวัสดุฐานรอง ผลของการตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านในโหมด ภาพพื้นมืด พบแอนติเฟสโดเมนมีความหนาแน่นสูงที่บริเวณรอยต่อระหว่างชั้นบัฟเฟอร์ GaAs และวัสดุฐานรอง Ge(001) อย่างไรก็ตามที่ชั้นฟิล์ม InGaAsN พบความหนาแน่นของแอนติเฟสโดเมนลดลง เมื่อตรวจสอบชั้นฟิล์ม GaAs บนวัสดุฐาน รองมุมตัดเอียง Ge ทำมุม 6 องศากับทิศ [110]พบแอนติเฟสโดเมนมีลักษณะรูปร่างคล้ายเพชรถูกหยุดยั้งที่บริเวณรอยต่อ ระหว่างชั้นฟิล์มและวัสดุฐานรองเท่านั้น

The structural properties of semiconductor films were systematically investigated by transmission electron microscopy (TEM) using dark-field image mode. Both bright-field and dark-field TEM image modes are especially useful to image such crystal defects as dislocations, stacking faults and grain boundaries. The samples are used as a case study that InGaASN film was grown on GaAs buffer layer on Ge (001) substrate and GaAs film was grown on 6-off-angle toward [110] direction Ge substrate. The diffraction pattern of films illustrates single diffracted pattern and no angular spreading of Bragg reflections, which represents a grown layer with a uniformity of alloy composition and with exactly the same crystal orientation. The results of dark-field TEM image mode, a high density of antiphase domains (APDs) was clearly observed at the interface of GaAs buffer layer and Ge (001) substrate as well as developed to drastically reduce the density of APDs in InGaAsN film. While GaAs film was growing on 6°-off Ge substrate, the APDs like diamond shape could be suppressed at interface.