Facilitando a análise automática de estruturas de filmes finos
Análise avançada de transistores de alta mobilidade eletrônica GaN-on-Si (HEMTs)
A tecnologia GaN-on-Si evoluiu a partir de extensas atividades de pesquisa e agora está entrando na produção global em grande volume por uma ampla gama de fornecedores. Soluções automatizadas de metrologia de semicondutores para controlar e otimizar a produção desse tipo de wafer epitaxial estão agora em alta demanda.
O nitreto de gálio (GaN) e os semicondutores compostos III/V relacionados agora são amplamente usados na produção de módulos RF, dispositivos de conversão de energia e LEDs de alto brilho (LEDs). O transistor de alta mobilidade eletrônica (HEMT) baseado em GaN é a tecnologia mais promissora para dispositivos de alta potência e alta eficiência em muitas aplicações. Aqui, o GaN é crescido epitaxialmente sobre uma variedade de substratos; por exemplo, GaN-on-Si, que é formado por pilhas baseadas em GaN em camadas finas sobre substratos de silício (Si), que são relativamente baratos e estão disponíveis em diâmetros de até 300 mm.
Uma aplicação de GaN-on-Si é em dispositivos de potência, como carregadores de bateria, smartphones, computadores, servidores, aplicações automotivas, sistemas de iluminação e fotovoltaica. Tais dispositivos baseados em GaN acabam de entrar no mercado, desempenhando um papel fundamental no mercado emergente de conversão de energia.
A produção de GaN-on-Si é baseada no crescimento epitaxial de heteroestruturas multicamadas de GaN sobre substratos de Si usando deposição química de vapor metalorgânico (MOCVD). Esses dispositivos contêm estruturas epitaxiais em camadas de complexidade crescente.
A qualidade da barreira de AlGaN e da camada de GaN subjacente que forma a 2DEG é crucial para o desempenho e a confiabilidade do dispositivo. Isso depende da qualidade da camada espessa de GaN crescida sobre a estrutura tampão. Uma análise minuciosa das camadas individuais dessas estruturas multicamadas é um desafio para os métodos de caracterização existentes.
O AMASS, com funcionalidade abrangente, pode ser usado para determinar a uniformidade de todos os parâmetros em um wafer. Isso é essencial para otimizar a produção de wafers epitaxiais.
Lars Grieger – Business Development Manager Semiconductor Metrology at Malvern Panalytical
Metrologia por raios X
A difração de raios X de alta resolução é uma ferramenta consolidada e poderosa para a caracterização não destrutiva de estruturas heteroepitaxiais. Ela é empregada rotineiramente tanto em pesquisa de materiais quanto em controle de qualidade na produção. Os padrões de difração de raios X fornecem informações sobre composição e uniformidade, espessura da camada, relaxamento de tensão, perfeição cristalina e muito mais.
Mapas ao redor de pontos da rede recíproca (RSM) podem revelar informações adicionais além das fornecidas por varreduras lineares simples, como curvas de rocking de alta resolução. Os RSMs são normalmente usados para auxiliar a interpretação do deslocamento de picos, do alargamento de picos e da sobreposição de picos. No entanto, eles não têm sido frequentemente usados porque são considerados demorados demais para coleta e análise.
No entanto, avanços recentes na tecnologia de detectores de área para raios X, combinados com algoritmos inteligentes de posicionamento e processamento de dados, agora permitem o registro de RSMs em tempos mais rápidos do que as curvas de rocking. Essas medições de alta velocidade encontram aplicações na caracterização de todos os tipos de materiais cristalinos avançados. No exemplo abaixo, podemos ver como os RSMs podem ser usados para caracterizar HEMTs GaN-on-Si.
Análise de estruturas HEMT
A determinação da composição e da espessura da camada de barreira de um HEMT baseado em GaN é um processo em duas etapas: a avaliação do RSM em torno da reflexão (-1 -1 4) do GaN revela os valores de composição e relaxamento das camadas tampão e da barreira de AlGaN. Nosso AMASS (Advanced Materials Analysis and Simulation Software), recentemente lançado, pesquisa e identifica automaticamente as posições dos picos e determina a composição de Al e o relaxamento da camada de barreira. O mesmo se aplica aos picos da camada tampão.
Embora o RSM não possa fornecer informações sobre a espessura das camadas superiores finas, essas informações são acessíveis pelo ajuste do padrão completo das curvas de rocking das reflexões simétricas (00l). Devido à forte sobreposição com as posições dos picos da camada tampão, a camada de barreira fina não pode ser resolvida, mas suas franjas de espessura estão presentes. A opção de ajuste do AMASS mantém fixos os valores de composição e relaxamento previamente determinados, enquanto ajusta os valores de espessura de um modelo de amostra correspondente. O fluxo de trabalho em duas etapas descrito pode ser totalmente automatizado no AMASS.
AMASS é nossa caixa de ferramentas para análise de filmes finos. Ele abrange e amplia a funcionalidade de nossos antigos softwares Epitaxy e X’Pert Reflectivity. Além disso, ele vem com funcionalidade abrangente para exibir, analisar, simular e ajustar dados de raios X de estruturas em camadas de filmes finos”, diz Lars Grieger, Business Development Manager Semiconductor Metrology da Malvern Panalytical. “Resultados de múltiplos conjuntos de dados coletados em diferentes posições X e Y do wafer podem ser usados para determinar a uniformidade de todos os parâmetros em um wafer. O AMASS cuida das etapas necessárias e pode ser controlado remotamente via linha de comando ou a partir de qualquer ambiente de linguagem de nível superior. Isso possibilita um novo nível de integração aos fluxos de dados laboratoriais existentes.
Licenças gratuitas de software XRD para acadêmicos
Por que não conferir o que este software oferece para os seus problemas analíticos com estruturas em camadas? Para mais informações sobre as aplicações do AMASS, acesse o site da Malvern Panalytical. E tem mais! Para ajudar pesquisadores e estudantes a continuarem seus estudos, oferecemos uma cópia pessoal do software de análise de XRD AMASS ou HighSore Plus, sem custo. A inscrição on-line é rápida e fácil. Saiba mais: www.malvernpanalytical.com/freelicense
Se você gosta de nossas notícias sobre nossas ofertas, academia, energia, manufatura aditiva, nanomateriais, semicondutores, meio ambiente e tudo o mais relacionado a novos materiais, junte-se à comunidade e acompanhe as últimas notícias e desenvolvimentos sobre materiais avançados. Visite e siga.
Glossário
GaN nitreto de gálio
AlGaN nitreto de alumínio e gálio
GaN-on-Si nitreto de gálio sobre silício
2DEG ‘gás de elétrons bidimensional’
HEMT transistores de alta mobilidade eletrônica
RSM mapa do espaço recíproco
Leitura adicional
{{ product.product_name }}
{{ product.product_strapline }}
{{ product.product_lede }}
