大咖分享丨利用ECCI探索GaN外延层位错表征：赛默飞助力化合物半导体突破

通过赛默飞的Helios系列聚焦离子束（FIB）电子显微镜，研究团队能够从样品表面观察到位错的分布和类型。ECCI（电子通道对比成像）技术在此过程中发挥了关键作用。ECCI利用入射电子与不同晶向的晶体相互作用，在晶体存在缺陷时产生反向散射电子信号和电子通道对比，从而实现对样品表面位错的高分辨率成像。图1展示了该技术的分析原理。这一技术的应用为研究GaN外延层与硅衬底之间的晶格失配提供了新的视角。

GaN外延层与硅衬底之间的晶格常数和热膨胀系数的失配导致了垂直螺旋位错（VTDs）的形成，如图2所示。这些位错的密度可以从108/cm²到1010/cm²不等，但随着工艺技术的进步，位错的密度已经降低到105/cm²数量级。GaN外延层中的位错给GaN器件的发展和应用带来了巨大的挑战，因为它们会降低材料导电性，影响器件效率，并作为非辐射复合中心，导致电子-空穴快速复合而不发射光子。这些影响对器件性能的退化甚至失效具有决定性的意义。

传统的X射线衍射技术仅能提供宏观层面的分析。通过赛默飞的Helios系列聚焦离子束（FIB）电子显微镜，研究人员能够从微纳米尺度上分析GaN外延层位错的轮廓、类型和分布。

在此研究中，研究团队还利用赛默飞的Spectra 300透射电子显微镜（TEM），进一步分析了样品中的位错类型和密度。这些高分辨率图像揭示了位错在原子尺度上的分布和结构，为深入理解GaN材料的缺陷机制提供了宝贵数据。