氮化鎵中鉻含量的二次離子質(zhì)譜分析方法研究

張鑫

摘 要：本文采用二次離子質(zhì)譜儀檢測氮化鎵材料中離子注入Cr的濃度，使用相對靈敏度因子法對氮化鎵中Cr含量定量分析，為相關生產(chǎn)工藝和實驗研究提供參考。

關鍵詞：氮化鎵;二次離子質(zhì)譜;離子注入;相對靈敏度因子

氮化鎵材料禁帶寬度較大，是寬禁帶半導體之一，被廣泛用作微波功率晶體管和藍色光發(fā)光器件的生產(chǎn)制造原材料。氮化鎵材料的探究與使用是目前全世界半導體領域的創(chuàng)新和重點，是制造微電子器件和光電子器件的新一代半導體材料，并與碳化硅等半導體材料一并被稱為是繼第一代硅、鍺半導體材料、第二代砷化鎵、磷化銦化合物半導體材料之后的第三代半導體材料。氮化鎵材料的直接帶隙較寬、原子鍵強、熱導率較高、化學性質(zhì)穩(wěn)定（不易被任何酸腐蝕）、抗輻照能力較強，在光電子器件、高溫大功率器件和高頻微波器件生產(chǎn)制造中有著很高的應用價值。

二次離子質(zhì)譜是利用質(zhì)譜法分辨一次離子入射到測試樣品表面濺射生成的二次離子而得到材料表面元素含量及分布的一種方法。二次離子質(zhì)譜儀可以進行包括氫在內(nèi)的全元素分析，并分辨出同位素、化合物組分和部分分子結構的信息。二次離子質(zhì)譜儀具有ppm量級的靈敏度，最高甚至達到ppb的量級，還具有進行微區(qū)成分成像和深度剖析的功能。

本文使用二次離子質(zhì)譜儀分析了氮化鎵材料中注入的鉻元素的分布。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

在儀器達到高真空的情況下，對氧離子源生成的一次離子進行加速、純化、聚焦，轟擊氮化鎵待測樣品表面，引出濺射出的二次離子，利用質(zhì)譜原理將不同荷質(zhì)比的離子分開，由電子倍增器或法拉第杯記錄并讀取樣品的測試元素與參考元素計數(shù)率，采用相對靈敏度因子法進行定量分析[1]。

1.2 實驗儀器和條件設定

實驗使用法國CAMECA公司生產(chǎn)的IMS-4F型動態(tài)雙聚焦二次離子質(zhì)譜儀，該型儀器靈敏度高，深度分辨率高。

根據(jù)離子的化學性質(zhì)，氧離子源比銫源使Cr離子產(chǎn)額更高，使得測試的靈敏度更高，檢測限更低。使用氧離子源產(chǎn)生一次離子束，一次離子能量為15kV。

束流減小至400nA，獲得更高的深度分辨率，使得相同的深度可以得到更多組數(shù)據(jù)。

將襯度減小至2號，以獲得更高的質(zhì)量分辨率，減少對Cr離子的干擾。選擇足夠小的視場，使得測試范圍不包含坑沿信號，從而不受表面沾污等干擾，保證較低的檢測限，降低坑沿效應。

通過以上條件得到約50μm的束斑，為了使被測表面足夠平整，掃描面積需大于束斑尺寸的3倍，因此掃描面積選用250μm×250μm。

1.3 樣品選取

將待測樣品切割成邊長為6-8mm正方形，選擇經(jīng)過拋光的平坦光滑面作為測試面。以已知Cr注入劑量的氮化鎵樣品i0作為標樣（以計算相對靈敏度因子），對i1，i2樣品進行測試。

2 實驗結果與討論

3 結論

二次離子質(zhì)譜分析可以有效檢測氮化鎵材料中Cr濃度，檢測限優(yōu)于1e15atoms/cm3，為生產(chǎn)工藝與實驗研究提供一定參考。

參考文獻：

[1]季桐鼎，林卓然，王理，汪國良，等.二次離子質(zhì)譜與離子探針[M].北京：科學出版社，1989.