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分析溴素液位計中元件的合成材料
X射線光電子能譜(XPS)是一項獨特的技術(shù)創(chuàng)新,可產(chǎn)生有關(guān)化合物溴素液位計合金成分的經(jīng)過實驗檢驗的定量信息。使用Kratos AXIS Nova光譜儀進行了一項研究,以分析新型SPLED結(jié)構(gòu)以表征AI含量。整個設(shè)備的深度輪廓是通過Shard逐步旋轉(zhuǎn)的常規(guī)輪廓分析方法獲得的。通過AI含量,證實了在不同的層中存在各種期望的組成。該發(fā)現(xiàn)可用于創(chuàng)建細胞結(jié)構(gòu)性能的模型。
溴素液位計用于具有特殊要求的電子應(yīng)用中。因此,該材料被認為是光電子學中的主要可持續(xù)技術(shù)?;衔?strong>溴素液位計的成功使用可能與電子和光學改變合金性能的能力有關(guān)。特別是其合金成分(二元,三元,四元或五元)和異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
聯(lián)合市場研究公司(Allied Market Research)的一份報告顯示,2016年**化合物溴素液位計市場價值66??0億美元,預(yù)計到2023年其價值將增至1430億美元。然而,尤其是在具有許多不同層的設(shè)備之間,其準確確定仍然是一個挑戰(zhàn)。此問題的一個相關(guān)示例是包含分布式布拉格反射器(DBR)的設(shè)備,該設(shè)備是高折射率和低折射率材料的交替層,會形成一個阻帶,在該阻帶中幾乎完全反射了一組波長。例如,垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)是利用DBE形成激光腔鏡的相對便宜的溴素液位計激光器。
保持DBR的質(zhì)量和一致性很重要,因為VCSEL的平均增益長度比邊緣發(fā)射激光器的平均增益長度小105倍。這意味著VCSEL需要超高反射率的反射鏡才能達到合理的閾值電流。其他使用DBR的設(shè)備是單光子LED(SPLED),它用于量子密碼網(wǎng)絡(luò)中的量子密鑰分發(fā)。
為了準確表征其結(jié)構(gòu),已進行了一項針對DBR的研究,包括確定溴素液位計層生長的預(yù)期優(yōu)先順序。為了進一步表征生長,利用X射線光電子能譜(XPS)深度剖面來測量DBR層的化學成分。預(yù)期AI成分的微小變化將立即影響折射率,*終改變該層的光路長度。預(yù)期會觀察到反射鏡特性對激光輸出波長的影響。設(shè)備性能還與DBR結(jié)構(gòu)的AI內(nèi)容的XPS定量信息直接相關(guān)。
實驗
使用Kratos AXIS Nova光譜儀對SPLED結(jié)構(gòu)進行XPS分析,該結(jié)構(gòu)通過英國蘭開斯特大學的分子束外延生長。使用Minibeam IV聚焦離子槍以4 keV Ar+模式進行深度分析。為了去除高能中性粒子并防止界面分辨率降低,使離子源在離子柱中彎曲。
此外,為了使蝕刻過程中樣品的粗糙程度*小,利用了在每個蝕刻循環(huán)中以90 o為增量旋轉(zhuǎn)的樣品。同時,也可以使用ESCApe采集軟件中的簡單復(fù)選框來實現(xiàn)中心旋轉(zhuǎn)。
結(jié)果
在將SPLED晶片裝載到儀器上之前,將其安裝到旋轉(zhuǎn)壓板上。同時,使用高能單原子4 keV Ar +離子進行深度剖析,并將聚焦束集中在表面上,以形成均勻的蝕刻坑。在每個蝕刻循環(huán)之后獲取XP光譜,以確定新暴露的表面的成分。小斑點光譜法也被用來限制火山口邊緣效應(yīng)對界面分辨率的影響。
這些設(shè)置導(dǎo)致在交替的GaAs / Alx Ga1-x As層中發(fā)現(xiàn)的AI含量發(fā)生了巨大變化。在該特定結(jié)構(gòu)中,Alx Ga1-x As層被設(shè)計為具有0.9的AI分數(shù)含量(x)和45%的元素含量。XPS的定量數(shù)據(jù)還表明,Alx Ga1-x As層的恒定值約為46%,處于預(yù)期實驗結(jié)果的可接受范圍內(nèi)。
除了這些發(fā)現(xiàn)之外,還發(fā)現(xiàn)發(fā)射*層的組成也與所需的組成一致。然而,在將材料刻蝕成另外幾個鏡面層之后,輪廓開始失去形狀。這可能是由于離子刻蝕過程中層的混合和粗糙化所致,這是這種模式下的已知問題。
由于層的總厚度會*大地影響總的實驗時間,因此使用低能離子(250-500 eV)重復(fù)實驗也變得不可行。作為替代,獲取Al 2p和Ga 3d光電子線的采集后XP圖像以確定蝕刻坑的形狀和位置。圖像清楚地顯示了層結(jié)構(gòu)以及發(fā)射器層的存在,該發(fā)射器層是器件中的八個重復(fù)單元。