Book/Report

FZJ-2018-04542

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Kompositionelle und strukturelle Charakterisierung von verspannten Si/SiGe-Heterostrukturen mit hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie

Stenkamp, D. (Corresponding author)FZJ*

1993
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/19456

Report No.: Juel-2839

Abstract: Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung und Anwendung einer hochauflösenden Methode zur Charakterisierung von inneren Grenzflächen und Gitterbaufehlern verspannter Si/Si$_{x}$Ge$_{1-x}$-Heterostrukturen mit Hilfe der Transmissionselektronenmikroskopie. Die in der Arbeit vorgestellte Methode ermöglicht eine quantitative Analyse kohärenter Si/Si$_{x}$Ge$_{1-x}$-Grenzflachen auf atomarer Skala mittels hochauflösender Gitterabbildung in der [110]- und [100]-Kristallprojektion und die Bestimmung kompositioneller Übergangsbreiten und Grenzflächenrauhigkeiten im Bereich einzelner Atomlagen [98-101, und Anhang C]. Die Grundlage der Methode bilden systematische Untersuchungen des Elektronenstreuverhaltens und des Bildkontrastverhaltens hochaufgelöster 5- und 9-Strahl-Gitterabbildungen von Si$_{x}$Ge$_{1-x}$-Legierungen (0 $\le$ x $\le$ 1) und von Si/Si$_{x}$Ge$_{1-x}$-Grenzfläehen für unterschiedliche Schichtverspannungen bei einer Elektronenenergie von 400 keV. Diese Untersuchungen wurden unter voller Berücksichtigung von Mehrfachstreuung und unter Einbeziehung nichtlinearer Bildkontrastbeiträge durchgeführt. Hierdurch konnten Bereiche optimierter Probendieken t und Defokuswerte $\Delta$f ermittelt werden, für die sich ein quasilinearer funktionaler Zusammenhang zwischen einzelnen Fourier-Koeffizienten der Bildintensitätsverteilung und der Komposition x ergibt. Untersolchen optimierten Abbildungsbedingungen zeigen hochaufgelöste Gitterabbildungen eine systematische Bildkontrastumkehr bei einer Variation der Komposition vonx = 0 bis 1. Dieses charakteristische Bildkontrastverhalten hängt nur sehr schwach von tetragonalen Gitterverzerrungen und von Fresnel-Beugungseffekten im Nahbereich von abrupten Grenzflächen ab. Die Ermittelung dieser Bild-Fourier-Koeffizienten aus experimentellen Gitterabbildungen ermöglicht somit eine eindeutige und verläßliche Kompositionsbestimmung auf atomarer Skala. Zur quantitativen Kompositionsbestimmung anhand experimenteller, unter optimierten Abbildungsbedingungen aufgenommener Gitterabbildungen wurden zwei neue Bildverarbeitungsalgorithmen entwickelt. Mit Hilfe des ersten Algorithmus wird an derzuvor digitalisierten Gitterabbildung zunächst eine geometrische Bildentzerrung vorgenommen, wodurch Bildmusterasymmetrien, die durch tetragonale Gitterverspannungen entstehen, korrigiert werden. Anschließend werden dann mit Hilfe des zweiten Algorithmus die relevanten Bild-Fourier-Koeffizienten in lokalen Bildbereichen der korrigierten Gitterabbildung ermittelt und entsprechende Werte für die lokale - über die Probendicke gemittelte Komposition berechnet. Für Bildbereiche, die der Fläche der jeweilskleinsten projizierten Einheitszelle in der [110]- bzw. [100]-Projektion entsprechen, ist die Kompositionsbestimmung mit einer Unsicherheit von $\Delta$x = $\pm$ 0.1 behaftet. Hierdurch kann die geometrische Position abrupter Si/Si$_{x}$Ge$_{1-x}$-Grenzflächen auf eine Atomlage genaubestimmt werden. Neben der Anwendung auf gitterfehlgepaßte Heterosysteme wie Si/Si$_{x}$Ge$_{1-x}$, eignen sich die entwickelten Algorithmen ebenfalls für quantitative Kompositionsbestimmungen anhand hochaufgelöster Gitterabbildungen gitterangepaßßter Heterosysteme, wie z. B. GaAs/Al$_{x}$Ga$_{1_x}$As. [...]

---

Contributing Institute(s):

1. Publikationen vor 2000 (PRE-2000)

Research Program(s):

1. 899 - ohne Topic (POF3-899) (POF3-899)

---

Database coverage:

---