促進薄膜結構的自動分析
GaN-on-Si 高電子遷移率電晶體（HEMT）的進階分析
GaN-on-Si 技術源自大量研究，如今已進入由眾多供應商參與的全球大規模量產階段。用於控制並優化此類外延晶圓生產的自動化 半導體量測 解決方案需求殷切。
氮化鎵（GaN）及相關的 III/V 化合物半導體 現已廣泛用於 RF 模組、電源轉換裝置與高亮度發光二極體（LED）的生產。以 GaN 為基礎的高電子遷移率電晶體（HEMT）是許多應用中最具前景的高功率、高效率器件技術。在這裡，GaN 以外延方式生長於各種基板上；例如 GaN-on-Si，其由基於 GaN 的薄層堆疊形成於矽（Si）基板上，而矽基板相對便宜，且最大可達 300 mm 直徑。
GaN-on-Si 的一項應用是電池充電器、智慧型手機、電腦、伺服器、汽車、照明系統與光伏等電力器件。基於 GaN 的此類器件剛進入市場，並在新興的電力轉換市場中扮演關鍵角色。
GaN-on-Si 的生產是基於使用金屬有機化學氣相沉積（MOCVD），在 Si 基板上外延生長多層 GaN 異質結構。這些器件包含日益複雜的外延層結構。
形成 2DEG 的 AlGaN 阻擋層及其下方 GaN 層的品質，對器件性能與可靠性至關重要。這取決於在緩衝結構上生長的厚 GaN 層品質。對這些多層結構中各個層進行徹底分析，對現有表徵方法而言是一項挑戰。
具備完整功能的 AMASS 可用於判定晶圓上所有參數的均勻性。這對於優化外延晶圓生產至關重要。
Lars Grieger – Malvern Panalytical 半導體量測事業發展經理
X 光量測
高解析度 X 光繞射是一種成熟且強大的非破壞性技術，用於異質外延結構的表徵。它經常應用於材料研究與生產中的品質管制。X 光繞射圖樣可提供組成與均勻性、層厚、應變鬆弛、晶體完整性等大量資訊。
倒易晶格點周圍的映射（RSM）可提供比單一線掃描，如高解析度搖擺曲線，更多的額外資訊。RSM 通常用於協助解讀峰位偏移、峰展寬與峰重疊。然而，由於其採集與分析被認為過於耗時，因此並不常被使用。
不過，近期 X 光面陣偵測器技術的進展，結合智慧定位演算法與資料處理，現在已可讓 RSM 的記錄速度與搖擺曲線相當更快。這些高速量測可應用於各類晶體先進材料的表徵。以下範例可見 RSM 如何用於表徵 GaN-on-Si HEMT。
HEMT 結構分析
GaN 基 HEMT 的阻擋層成分與厚度判定是一個兩步驟流程：評估 (-1 -1 4) GaN 反射周圍的 RSM，可揭示緩衝層與 AlGaN 阻擋層的組成與鬆弛值。我們近期推出的 AMASS（Advanced Materials Analysis and Simulation Software）可自動搜尋並標記峰位，並判定阻擋層的 Al 組成與鬆弛程度。對緩衝層的峰值亦同樣適用。
雖然 RSM 無法提供最上層薄膜厚度的資訊，但這些資訊可由對稱 (00l) 反射的搖擺曲線進行全圖譜擬合來取得。由於與緩衝層峰位嚴重重疊，無法解析出薄阻擋層本身，但其厚度條紋仍然存在。AMASS 的擬合選項會在擬合相應樣品模型的厚度值時，保持先前已確定的組成與鬆弛值固定不變。上述兩步驟工作流程可在 AMASS 中完全自動化。
AMASS 是我們的薄膜分析工具箱。它涵蓋並擴展了我們先前的 Epitaxy 與 X’Pert Reflectivity 軟體功能。此外，它還具備完整功能，可顯示、分析、模擬並擬合來自薄膜層狀結構的 X 光資料，」Malvern Panalytical 半導體量測事業發展經理 Lars Grieger 表示。「在不同 X、Y 晶圓位置收集的多組資料結果，可用於判定晶圓上所有參數的均勻性。AMASS 會處理所有必要步驟，並可透過命令列或任何高階語言環境遠端控制。這使其能以全新層次整合到現有實驗室資料流中。
提供學術界免費 XRD 軟體授權
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術語表
GaN 氮化鎵
AlGaN 氮化鋁鎵
GaN-on-Si 矽上氮化鎵
2DEG 「二維電子氣」
HEMT 高電子遷移率電晶體
RSM 倒易空間映射
延伸閱讀
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