Elektronenmikroskopische Untersuchungen zur quantitativen Analyse N-haltiger III/V-Halbleiterheterostrukturen

Das Verständnis der Struktur und der Morphologie von N-haltigen GaAs-basierenden Materialsystemen baut auf der erfolgreichen Anwendungen verschiedener neuartiger transmissionselektronenmikroskopischer Studien (TEM-Studien) in Kombination mit unterschiedlichen theoretischen Modellierungen auf. Dahe...

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Main Author: Torunski, Torsten
Contributors: Stolz, Wolfgang (Dr. habil.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2005
Physik
Subjects:
TEM
Online Access:PDF Full Text
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Description
Summary:Das Verständnis der Struktur und der Morphologie von N-haltigen GaAs-basierenden Materialsystemen baut auf der erfolgreichen Anwendungen verschiedener neuartiger transmissionselektronenmikroskopischer Studien (TEM-Studien) in Kombination mit unterschiedlichen theoretischen Modellierungen auf. Daher ist das Ziel der hier vorgestellten Arbeit, neue Methoden zur Nano-Material-Analyse N-haltiger III/V-Halbleiterheterostrukturen auf GaAs-Basis zu entwickeln und anzuwenden. Damit wird die Basis für das Verständnis unterschiedlicher Charakteristika der sowohl für die grundlegende Forschung als auch für die industrielle Anwendung so wichtigen, neuartigen Klasse N-haltiger, metastabiler Materialsysteme gelegt. Ein wichtiger Schritt zur Quantifizierung von hochaufgelösten TEM-Bildern (HRTEM) war die Optimierung der TEM-Probenpräparation für vergleichsweise hartes, N-haltiges Material. Zu diesem Zweck wurde eine neue Methode entwickelt, welche mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) die Bestimmung der Probenqualität und darüber hinaus die Messung der Probenrelaxation verspannter Materialsysteme für dünne Probenbereiche (t = 20nm) erlaubt. Finite Element-Simulationen (FE-Simulationen) zur Beschreibungen der Probenrelaxation wurden eingeführt und damit nachgewiesen, dass die konventionell benutzten elastischen Konstanten für verdünnt N-haltiges Material das richtige Resultat für dünne Proben liefern. Des Weiteren wurden verschiedene Dunkelfeldtechniken (DFTEM) zur Detektion von Stickstoff im Querschnittsprofil ternärer und quaternärer Materialien Ga(NAs) und (GaIn)(NAs) eingeführt. Um die Ergebnisse theoretisch zu untermauern, wurde ein Valence Force Field (VFF) Code entwickelt, welcher die Berechnung stabiler N-Konfigurationen im Kristall erlaubte und damit wichtige Erkenntnisse über die Materialverteilung in N-haltigen Materialien in thermisch ausgeheizten (annealed) und unbehandelten (as grown) Proben lieferte. Zur Quantifizierung der N-haltigen Materialsysteme wurde der im Programmpaket DALI (Digital Analysis of Lattice Images) implementierte Auswertalgorithmus CELFA (Composition Evaluation of Lattice Fringe Analysis) benutzt. Das Auswerteverfahren bedient sich jedoch Strukturfaktoren, welche von Doyle und Turner in der Näherung isolierter Atome bestimmt wurden. Dadurch wird die reale Elektronenverteilung im Festkörper vernachlässigt, was zu ungenaue Ergebnissen führt. Außerdem werden die Strukturfaktoren stark durch die lokale Atomanordnung im Festkörper beeinflusst. Daher wurden verfeinerte Strukturfaktorberechnungen für N-haltiges Ga(NAs) und (GaIn)(NAs) durchgeführt, die durch Einbeziehung der lokalen Atomanordnung in N-haltigem Material, zu einer genaueren absoluten Quantifizierung der vorgestellten Materialsysteme führt.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2005.0510