Faciliter l’analyse automatique des structures de couches minces
Analyse avancée des transistors à haute mobilité électronique (HEMT) GaN-on-Si
La technologie GaN-on-Si a évolué à partir de vastes activités de recherche et entre désormais en production mondiale à grande échelle chez un large éventail de fournisseurs. Les solutions de métrologie des semi-conducteurs automatisées, destinées au contrôle et à l’optimisation de la production de ce type de wafer épitaxié, sont aujourd’hui très demandées.
Le nitrure de gallium (GaN) et les semi-conducteurs composés III/V associés sont désormais largement utilisés dans la production de modules RF, de dispositifs de conversion de puissance et de diodes électroluminescentes à haute luminosité (LED). Les transistors à haute mobilité électronique (HEMT) à base de GaN constituent la technologie la plus prometteuse pour les dispositifs à haute puissance et à haut rendement dans de nombreuses applications. Ici, le GaN est выращенный épitaxialement sur une variété de substrats ; par exemple, le GaN-on-Si, formé par des empilements minces à base de GaN sur des substrats de silicium (Si), relativement peu coûteux et disponibles jusqu’à des diamètres de 300 mm.
Une application du GaN-on-Si concerne les dispositifs de puissance tels que les chargeurs de batterie, les smartphones, les ordinateurs, les serveurs, l’automobile, les systèmes d’éclairage et le photovoltaïque. De tels dispositifs à base de GaN viennent d’entrer sur le marché, jouant un rôle clé dans le marché émergent de la conversion de puissance.
La production du GaN-on-Si repose sur la croissance épitaxiale d’hétérostructures multilayer GaN sur des substrats de Si par dépôt chimique en phase vapeur aux organométalliques (MOCVD). Ces dispositifs contiennent des structures épitaxiales de complexité croissante.
La qualité de la barrière AlGaN et de la couche de GaN sous-jacente qui forme le 2DEG est cruciale pour les performances et la fiabilité du dispositif. Celles-ci dépendent de la qualité de la couche épaisse de GaN croissant sur la structure tampon. Une analyse approfondie des couches individuelles de ces structures multilayer constitue un défi pour les méthodes de caractérisation existantes.
AMASS, avec ses fonctionnalités complètes, peut être utilisé pour déterminer l’uniformité de tous les paramètres sur un wafer. C’est essentiel pour optimiser la production de wafers épitaxiés.
Lars Grieger – Business Development Manager Semiconductor Metrology chez Malvern Panalytical
Métrologie par rayons X
La diffraction des rayons X à haute résolution est un outil établi et puissant pour la caractérisation non destructive des structures hétéroépitaxiales. Elle est couramment utilisée à la fois pour la recherche sur les matériaux et pour le contrôle qualité en production. Les diagrammes de diffraction des rayons X fournissent des informations sur la composition et l’uniformité, l’épaisseur des couches, la relaxation des contraintes, la perfection cristalline, et bien plus encore.
Les cartes autour des points du réseau réciproque (RSM) peuvent révéler des informations supplémentaires au-delà de celles fournies par des balayages linéaires uniques tels que les courbes de bascule à haute résolution. Les RSM sont généralement utilisées pour aider à l’interprétation du déplacement des pics, de l’élargissement des pics ou du chevauchement des pics. Elles ont toutefois rarement été utilisées, car elles sont considérées comme trop longues à acquérir et à analyser.
Cependant, les progrès récents de la technologie des détecteurs de surface pour rayons X, combinés à des algorithmes de positionnement intelligents et au traitement des données, permettent désormais d’enregistrer des RSM à une vitesse comparable à celle des courbes de bascule. Ces mesures à grande vitesse trouvent des applications dans la caractérisation de tous les types de matériaux cristallins avancés. Dans l’exemple ci-dessous, nous pouvons voir comment les RSM peuvent être utilisées pour caractériser des HEMT GaN-on-Si.
Analyse des structures HEMT
La détermination de la composition et de l’épaisseur de la couche barrière d’un HEMT à base de GaN est un processus en deux étapes : l’évaluation de la RSM autour de la réflexion GaN (-1 -1 4) révèle la composition et les valeurs de relaxation des couches tampon ainsi que de la barrière AlGaN. Notre AMASS (Advanced Materials Analysis and Simulation Software) récemment introduit recherche et identifie automatiquement les positions des pics et détermine la composition en Al ainsi que la relaxation de la couche barrière. Il en va de même pour les pics de la couche tampon.
Bien que la RSM ne puisse pas fournir d’informations sur l’épaisseur des couches supérieures les plus fines, ces informations sont accessibles à partir de l’ajustement complet du profil des courbes de bascule des réflexions symétriques (00l). En raison d’un fort chevauchement avec les positions des pics de la couche tampon, la fine couche barrière ne peut pas être résolue, mais ses franges d’épaisseur sont présentes. L’option d’ajustement d’AMASS conserve fixes les valeurs de composition et de relaxation déterminées précédemment tout en ajustant les valeurs d’épaisseur d’un modèle d’échantillon correspondant. Le flux de travail en deux étapes décrit peut être entièrement automatisé dans AMASS.
AMASS est notre boîte à outils d’analyse des couches minces. Il couvre et étend les fonctionnalités de nos anciens logiciels Epitaxy et X’Pert Reflectivity. De plus, il offre des fonctionnalités complètes pour afficher, analyser, simuler et ajuster des données de rayons X issues de structures multicouches minces », déclare Lars Grieger, Business Development Manager Semiconductor Metrology chez Malvern Panalytical. « Les résultats de plusieurs jeux de données collectés à différentes positions X et Y sur le wafer peuvent être utilisés pour déterminer l’uniformité de tous les paramètres sur un wafer. AMASS prend en charge les étapes nécessaires et peut être piloté à distance via la ligne de commande ou depuis tout environnement de langage de haut niveau. Cela permet un tout nouveau niveau d’intégration dans les flux de données de laboratoire existants.
Licences gratuites de logiciels XRD pour le monde académique
Pourquoi ne pas découvrir ce que ce logiciel peut offrir pour vos problèmes d’analyse de structures multicouches ! Pour plus d’informations sur les applications d’AMASS, rendez-vous sur le site web de Malvern Panalytical. Et ce n’est pas tout ! Pour aider les chercheurs et les étudiants à poursuivre leurs travaux, nous offrons gratuitement une copie personnelle du logiciel d’analyse XRD AMASS ou HighSore Plus. La demande en ligne est simple et rapide. En savoir plus : www.malvernpanalytical.com/freelicense
Si vous appréciez nos actualités sur nos offres, le monde académique, l’énergie, la fabrication additive, les nanomatériaux, les semi-conducteurs, l’environnement et tout ce qui concerne les nouveaux matériaux, rejoignez la communauté et suivez les dernières nouvelles et évolutions sur les matériaux avancés. Visitez et suivez.
Glossaire
GaN nitrure de gallium
AlGaN nitrure d’aluminium-gallium
GaN-on-Si nitrure de gallium sur silicium
2DEG « gaz d’électrons bidimensionnel »
HEMT transistors à haute mobilité électronique
RSM carte de l’espace réciproque
Pour aller plus loin
{{ product.product_name }}
{{ product.product_strapline }}
{{ product.product_lede }}
