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分析高溫磁翻板液位計中元件的合成材料

發布時間:2021-01-22 17:57:44??點擊次數:700次

X射線光電子能譜(XPS)是一項獨特的技術創新,可產生有關化合物高溫磁翻板液位計合金成分的經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結構以表征AI含量。整個設備的深度輪廓是通過Shard逐步旋轉的常規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。該發現可用于創建細胞結構性能的模型。
高溫磁翻板液位計用于具有特殊要求的電子應用中。因此,該材料被認為是光電子學中的主要可持續技術?;衔?strong>高溫磁翻板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。特別是其合金成分(二元,三元,四元或五元)和異質結構。
聯合市場研究公司(Allied Market Research)的一份報告顯示,2016年全球化合物高溫磁翻板液位計市場價值66??0億美元,預計到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備之間,其準確確定仍然是一個挑戰。此問題的一個相關示例是包含分布式布拉格反射器(DBR)的設備,該設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,垂直腔表面發射激光器(VCSEL)是利用DBE形成激光腔鏡的相對便宜的高溫磁翻板液位計激光器。
保持DBR的質量和一致性很重要,因為VCSEL的平均增益長度比邊緣發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的設備是單光子LED(SPLED),它用于量子密碼網絡中的量子密鑰分發。
為了準確表征其結構,已進行了一項針對DBR的研究,包括確定高溫磁翻板液位計層生長的預期優先順序。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。預期AI成分的微小變化將立即影響折射率,最終改變該層的光路長度。預期會觀察到反射鏡特性對激光輸出波長的影響。設備性能還與DBR結構的AI內容的XPS定量信息直接相關。

實驗
使用Kratos AXIS Nova光譜儀對SPLED結構進行XPS分析,該結構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最小,利用了在每個蝕刻循環中以90 o為增量旋轉的樣品。同時,也可以使用ESCApe采集軟件中的簡單復選框來實現中心旋轉。
結果
在將SPLED晶片裝載到儀器上之前,將其安裝到旋轉壓板上。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對界面分辨率的影響。
這些設置導致在交替的GaAs / Alx Ga1-x As層中發現的AI含量發生了巨大變化。在該特定結構中,Alx Ga1-x As層被設計為具有0.9的AI分數含量(x)和45%的元素含量。XPS的定量數據還表明,Alx Ga1-x As層的恒定值約為46%,處于預期實驗結果的可接受范圍內。
除了這些發現之外,還發現發射極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。
由于層的總厚度會極大地影響總的實驗時間,因此使用低能離子(250-500 eV)重復實驗也變得不可行。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構以及發射器層的存在,該發射器層是器件中的八個重復單元。

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