Современные методы диагностики в наноматериалах 1
Цикл лабораторных работ направлен на получение практического опыта создания наногетероструктур методами эпитаксии (в частности методом молекулярно-пучковой эпитаксии и методом газофазной эпитаксии из металл-органических соединений), а также на ознакомление и практическое освоение современных методов диагностики наноструктур.
Продолжительность курса 1 семестра
Содержание курса
Лабораторные работы проводятся на базе имеющейся в Академическом университете уникальной гермозоны, а также на базе Центра коллективного пользования "Материаловедение и диагностика в передовых технологиях" при Физико-техническом институте им.А.Ф.Иоффе РАН. Гермозона Академического университета объединяет технологическое и исследовательское оборудование по эпитаксиальному синтезу полупроводниковых наноструктур, оборудование для исследования их основных структурных, оптических и электрофизических свойств.
Первые два семестра посвящены приобретению практического опыта диагностики новых полупроводниковых материалов и гетероструктур, созданных на их основе. В основе современной диагностики лежит использование комплекса прецизионного аналитического оборудования, обеспечивающего высокую точность, чувствительность и пространственное разрешение вплоть до атомного масштаба.
Лабораторно-практический курс «Эпитаксиальный синтез и диагностика полупроводниковых наногетероструктур» направлен на приобретение практических навыков в области эпитаксии наногетероструктур различными методами синтеза (молекулярно-пучковая эпитаксия и газофазная эпитаксия из металл-органических соединений), а также навыков характеризации полученных гетероструктур.
Лабораторные работы
НГСУ (DLTS)
Методика измерения параметров глубоких уровней в полупроводниковых структурах
Метод Нестационарной Спектроскопии Глубоких Уровней (НСГУ) основан на анализе температурной зависимости изменения барьерной емкости полупроводниковой структуры после импульсного изменения напряжения смещения. Метод дает возможность определения концентрации, энергии ионизации и сечения захвата дефектов с глубокими уровнями.
Подробное описание метода на сайте ЦКП
АСМ (AFM)
Исследование топографии поверхности твёрдых тел методом атомно-силовой микроскопии в неконтактном режиме.
Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) – основана на использовании механического зонда для получения увеличенных изображений поверхности. Этим методом можно получать трехмерное изображение на воздухе, в жидкости и в вакууме с разрешением вплоть до долей ангстрема. В конструкцию СЗМ входят зонд, пьезоэлектрические двигатели для перемещения зонда, электронная цепь обратной связи и компьютер для управления процессом сканирования, получения и обработки изображений.
Подробное описание метода на сайте ЦКП
КЛ (CL)
Локальная катодолюминесценция
Локальная катодолюминесценция – это оптическое излучение возбуждаемое сфокусированным электронным пучком. Исследование этого излучения является эффективным методом диагностики материалов и структур. Одной из важнейших особенностей метода локальной катодолюминесценции по сравнению с фотолюминесценцией является возможность послойного исследования люминесцентных свойств образцов, в том числе многослойных наногетероструктур.
ElBeamInt_v.n1.0_1.pdf
CL_v.n1.1.pdf
Подробное описание метода на сайте ЦКП
РСМА-ВДС (EPMA-WDS)
Рентгеноспектральный микроанализ на спектрометрах с волновой дисперсией
Рентгеноспектральный микроанализ (РСМА) – это метод определения элементного состава микрообъема вещества по интенсивности характеристического рентгеновского излучения. Исследуемый объект подвергается воздействию высокоэнергетического электронного пучка, который и вызывает рентгеновское излучение. Определение элементов, входящих в состав образца, производится по спектральному положению характеристических рентгеновских линий. По интенсивности линий определяются концентрации элементов.
ElBeamInt_v.n1.0_1.pdf
EPMA_v.n1.0.pdf
EPMA_WDS_v.n0.65_0.pdf
Подробное описание метода на сайте ЦКП
Рентгеноспектральный микроанализ на спектрометрах с волновой дисперсией
Рентгеноспектральный микроанализ (РСМА) – это метод определения элементного состава микрообъема вещества по интенсивности характеристического рентгеновского излучения. Исследуемый объект подвергается воздействию высокоэнергетического электронного пучка, который и вызывает рентгеновское излучение. Определение элементов, входящих в состав образца, производится по спектральному положению характеристических рентгеновских линий. По интенсивности линий определяются концентрации элементов.
ElBeamInt_v.n1.0_1.pdf
EPMA_v.n1.0.pdf
EPMA_WDS_v.n0.65_0.pdf
Подробное описание метода на сайте ЦКП
РСМА-ЭДС (EPMA-EDS)
Рентгеноспектральный микроанализ с использованием энергодисперсионного спектрометра
Рентгеноспектральный микроанализ (РСМА) – это метод определения элементного состава микрообъема вещества по интенсивности характеристического рентгеновского излучения. Исследуемый объект подвергается воздействию высокоэнергетического электронного пучка, который и вызывает рентгеновское излучение. Определение элементов, входящих в состав образца, производится по спектральному положению характеристических рентгеновских линий. По интенсивности линий определяются концентрации элементов.
EPMA_EDS_v.n1.0.pdf
ElBeamInt_v.n1.0_1.pdf
EPMA_v.n1.0.pdf
Подробное описание метода на сайте ЦКП
КЛ-РСМА (CL-EPMA)
Исследование полупроводниковых структур методами катодолюминесценции и рентгеноспектрального микроанализа
Локальная катодолюминесценция – это оптическое излучение возбуждаемое сфокусированным электронным пучком. Исследование этого излучения является эффективным методом диагностики материалов и структур. Одной из важнейших особенностей метода локальной катодолюминесценции по сравнению с фотолюминесценцией является возможность послойного исследования люминесцентных свойств образцов, в том числе многослойных наногетероструктур.
CL_v.n1.1.pdf
ElBeamInt_v.n1.0_1.pdf
EPMA_v.n1.0.pdf
Подробное описание метода на сайте ЦКП
РЭМ (SEM)
Проведение электронной литографии с использованием растровой электронной микроскопии
Суть электронной литографии с использованием растрового электронного микроскопа состоит в облучении необходимого участка поверхности электронами с дозой, достаточной для структурной модификации (полимеризации). Отличие электронной литографии от фотолитографии в том, что необходимый геометрический элемент на поверхности резиста набирается из отдельных растров. Под растром здесь понимается диаметр электронного зонда, который сканирует по поверхности. Понятно, что разрешающая способность литографии (т.е. наименьший возможный размер элемента) зависит как раз от размера этого растра.
ElBeamInt_v.n1.0_1.pdf
SEM_v.n0.5.pdf
Подробное описание метода на сайте ЦКП
РД:ФА (XRD)
Рентгеновская дифракция: фазовый анализ
Одно из основных применения рентгеноструктурной дифракции – определение фазового состава вещества. Каждая фаза характеризуется своей кристаллической решеткой. По дифракции рентгеновского излучения на периодических межатомных плоскостях определяются сингония и размеры элементарной ячейки – это один из непосредственных методов определения этих параметров. Чувствительность метода позволяет детектировать фазу, объем которой составляет от 0,1% всего вещества
Подробное описание метода на сайте ЦКП
ВРД/РР (HRXRD/XRR)
Высокоразрешающая рентгеновская дифрактометрия и рефлектометрия
Высокоразрешающая рентгеновская дифрактометрия (HRXRD) позволяет работать с пучками рентгеновских лучей, имеющих угловую ширину 1-20 угловых секунд - близкую к теоретической ширине кривой качания от совершенного кристалла. Этот метод используется для анализа структур, обладающих высоким структурным совершенством, например, эпитаксиальных гетероструктур на основе полупроводниковых соединений.
Метод рентгеновской рефлектометрии (XRR – X-ray reflectometry) основан на рассеянии рентгеновских лучей на градиенте плотности вещества. При этом измерение интенсивности отраженного сигнала как функции угла падения производится в области малых углов. Метод позволяет определять толщины слоев, профиль распределения плотности материала по глубине, шероховатость поверхности.
Подробное описание метода на сайте ЦКП
ВИМС (SIMS)
Исследование состава твёрдых тел методом вторично-ионной масс-спектрометрии
ВИМС – метод анализа состава и пространственного распределения элементов в твердых телах. Метод универсален в отношении всех элементов периодической системы элементов, т.е. позволяет анализировать все элементы от водорода до урана. При бомбардировке поверхности твердого тела пучком ускоренных частиц происходят различные процессы, приводящие, в частности, к эмиссии частиц различного вида: фотонов, электронов, нейтральных атомов, положительных и отрицательных ионов. Эмитированные частицы являются компонентами твердого тела и несут информацию о составе бомбардируемого образца.