Räumliches Auflösungsvermögen der Verzerrungsanalyse mittels konvergenter Elektronennanobeugung

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Rosenauer
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 266456134

Die Entwicklung von Methoden zur Messung von Gitterverzerrungen mit einer Auflösung im Nanometerbereich ist sowohl für die Materialwissenschaften als auch für die industrielle Fertigung im Bereich der Mikroelektronik von hoher Relevanz. Lokale Verzerrungsfelder beeinflussen sowohl mechanische und elektronische Eigenschaften von Halbleiternanostrukturen als auch kinetische Prozesse während des epitaktischen Wachstums. Bei der konvergenten Elektronennanobeugung wird die Probe mit einem fokussierten Elektronenstrahl abgerastert. Im Beugungsbild entstehen Beugungsscheibchen, deren Abstand zum ungebeugten Elektronenstrahl von der lokalen Gitterkonstante und damit der Gitterverzerrung abhängt. Entsprechend dieses Prinzips wurde in der Arbeitsgruppe des Antragstellers ein Verfahren zur Verzerrungsmessung entwickelt und veröffentlicht. Dieses Verfahren (SANBED, strain analysis by nano beam electron diffraction) benutzt einen Elektronenstrahl mit einer Breite zwischen 0.5 und 0.7 nm und besitzt eine sehr hohe Präzision, die mit den besten in der Literatur mittels Elektronenmikroskopie erreichten Werten vergleichbar ist. Bei der Analyse von Halbleiterheterostrukturen können jedoch Intensitätsausläufer des Elektronenstrahls in den Bereich jenseits einer Grenzfläche hineinragen und im Beugungsbild zu Effekten führen, welche das Auflösungsvermögen auf komplexe Art beeinflussen und reduzieren.Ziel dieses Antrages ist die Messung und Optimierung des räumlichen Auflösungsvermögens mittels SANBED. Als Referenzproben sollen drei Halbleiterheterostrukturen mit sehr gut bekannten und bereits veröffentlichten Zusammensetzungsprofilen verwendet werden, die mit dem publizierten SANBED-Standardverfahren vermessen werden. Zusätzlich sollen die experimentellen Messungen mit Simulationsrechnungen verglichen werden. Dabei sollen unterschiedlich komplexe und rechenaufwändige Näherungen getestet werden, um eine ausreichend genaue Modellierung mit möglichst geringem Rechenaufwand zu realisieren. Im zweiten Projektabschnitt soll die Ortsauflösung des SANBED-Verfahrens verbessert werden, indem sowohl experimentelle Parameter als auch das Auswerteverfahren optimiert werden. Experimentelle Parameter umfassen die Auswahl und Anregung der ausgewerteten Reflexe sowie die Blendengeometrie, während für die Auswertung zusätzliche Filterung und alternative Verfahren zur Messung der Position des Beugungsscheibchens getestet werden. Um diese Optimierungen möglichst effektiv vornehmen zu können, sollen sowohl Simulationsrechnungen als auch experimentelle Messungen eingesetzt werden. Im dritten Abschnitt des Projektes wird der Sondendurchmesser durch Erhöhung des Konvergenzwinkels weiter verkleinert, so dass die Beugungsscheibchen überlappen. Dabei ist zu erwarten, dass sich das räumliche Auflösungsvermögen der Verzerrungsanalyse verbessert, wobei allerdings das Auswertefahren verändert werden muss, um eine Vermessung von überlappenden Scheibchen zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Knut Müller-Caspary; Dr. Jean-Luc Rouviere