促进薄膜结构的自动分析
GaN-on-Si 高电子迁移率晶体管（HEMT）的先进分析
GaN-on-Si 技术源于大量研究工作，如今已在广泛的供应商中进入全球大批量生产阶段。用于控制和优化这类外延晶圆生产的自动化半导体计量解决方案目前需求旺盛。
氮化镓（GaN）及相关 III/V 化合物半导体如今已广泛应用于射频模块、电源转换器件以及高亮度发光二极管（LED）的生产。基于 GaN 的高电子迁移率晶体管（HEMT）是许多应用中高功率、高效率器件最具前景的技术。这里，GaN 以外延方式生长在多种衬底上；例如 GaN-on-Si，即在相对便宜且直径可达 300 mm 的硅（Si）衬底上形成薄层 GaN 基堆栈。
GaN-on-Si 的一个应用是在电池充电器、智能手机、计算机、服务器、汽车、照明系统和光伏等电力器件中。基于 GaN 的这类器件刚刚进入市场，并在新兴的电力转换市场中发挥关键作用。
GaN-on-Si 的生产基于采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）在 Si 衬底上外延生长多层 GaN 异质结构。这些器件包含复杂度不断提高的外延层结构。
AlGaN 势垒层及其下方形成 2DEG 的 GaN 层的质量，对器件性能和可靠性至关重要。这些性能取决于在缓冲层结构上生长的厚 GaN 层的质量。对这些多层结构中的各个层进行全面分析，是现有表征方法面临的一项挑战。
功能全面的 AMASS 可用于确定晶圆上所有参数的均匀性。这对于优化外延晶圆的生产至关重要。
Lars Grieger – Malvern Panalytical 半导体计量业务发展经理
X 射线计量
高分辨率 X 射线衍射是一种成熟且强大的无损异质外延结构表征工具。它在材料研究和生产质量控制中都被常规采用。X 射线衍射图样可提供成分和均匀性、层厚、应变松弛、晶体完整性等信息。
倒易点周围的映射（RSM）可以揭示单条扫描（如高分辨率摇摆曲线）之外的更多信息。RSM 通常用于辅助解释峰位偏移、峰展宽和峰重叠。然而，由于采集和分析被认为过于耗时，它们并不常被使用。
不过，随着 X 射线面阵探测器技术的最新进展，结合智能定位算法和数据处理，现在可以像摇摆曲线一样以更快的速度记录 RSM。这些高速测量可用于各种晶体先进材料的表征。以下示例展示了如何利用 RSM 表征 GaN-on-Si HEMT。
HEMT 结构分析
确定基于 GaN 的 HEMT 势垒层的成分和厚度是一个两步过程：对 (-1 -1 4) GaN 衍射峰周围的 RSM 进行评估，可揭示缓冲层和 AlGaN 势垒层的成分及松弛度。我们最近推出的AMASS（Advanced Materials Analysis and Simulation Software，先进材料分析与模拟软件）可自动搜索并标记峰位，并确定势垒层的 Al 含量和松弛度。对于缓冲层峰值也同样适用。
虽然 RSM 不能提供最上层薄层的厚度信息，但通过对对称 (00l) 衍射的摇摆曲线进行全谱拟合可以获得这些信息。由于与缓冲层峰位严重重叠，薄势垒层无法被分辨，但其厚度条纹仍然存在。AMASS 的拟合选项会在拟合相应样品模型的厚度值时，保持先前确定的成分和松弛度数值不变。所述两步工作流程可在 AMASS 中完全自动化。
AMASS 是我们的薄膜分析工具箱。它涵盖并扩展了我们此前的 Epitaxy 和 X’Pert Reflectivity 软件的功能。此外，它还具备全面的功能，可用于显示、分析、模拟和拟合薄膜层结构的 X 射线数据，”Malvern Panalytical 半导体计量业务发展经理 Lars Grieger 表示。“来自晶圆不同 X、Y 位置采集的多组数据结果可用于确定晶圆上所有参数的均匀性。AMASS 负责所有必要步骤，并可通过命令行或任何更高级语言环境进行远程控制。这使其能够以全新的层级集成到现有实验室数据流中。
面向学术界的免费 XRD 软件许可
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术语表
GaN 氮化镓
AlGaN 氮化铝镓
GaN-on-Si 硅上的氮化镓
2DEG “二维电子气”
HEMT 高电子迁移率晶体管
RSM 倒易空间映射
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