研究目的
利用相移电子全息术(PS-EH)可视化n型GaN半导体中不同硅激活载流子浓度的各层结构,并估算每个掺杂浓度下活性层与非活性层的厚度。
研究成果
采用多双棱镜的PS-EH技术成功实现了n-GaN半导体材料中不同掺杂浓度的可视化观测。在350纳米厚的透射电镜样品中,所有层结构均以足够的空间分辨率和相位分辨率清晰区分。若要分辨更低浓度(如10^16与10^15原子/立方厘米量级)的层结构,则需要更厚的透射电镜样品(厚度需超过约700纳米)。
研究不足
随着掺杂浓度的降低,瞬态电磁(TEM)样品中活性层厚度与总厚度的比值显著减小,因此需要使用更厚的TEM样品来观察较低的载流子浓度。具体厚度可能通过改变聚焦离子束(FIB)铣削条件进行调整。
1:实验设计与方法选择
采用配备三个电子双棱镜的透射电子显微镜(TEM)进行相移电子全息术(PS-EH),以获取无菲涅尔条纹的高对比度全息图。使用冷冻聚焦离子束(cryo-FIB)制备均匀的TEM样品。
2:样品选择与数据来源
通过金属有机化学气相沉积法制备由不同硅掺杂浓度的n型氮化镓(n-GaN)层组成的模型样品。
3:实验设备与材料清单
300千伏全息TEM(日立高科技,HF3300-EH)、4k×4k CCD相机(Gatan,US4000)、冷冻FIB(日立高科技,NB-5000)。
4:实验流程与操作步骤
通过PS-EH利用干涉条纹依次偏移的一系列全息图进行相位重建。通过倾斜入射电子波实现条纹偏移,并从全息图中逐像素获取相位值。
5:数据分析方法
通过强度变化的余弦拟合曲线提取每个像素的相位值,该拟合曲线采用最小二乘法计算。
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