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分析高温磁翻板液位计中元件的合成材料

发布时间:2021-01-22 17:57:44  点击次数:563次

X射线光电子能谱(XPS)是一项独特的技术创新,可产生有关化合物高温磁翻板液位计合金成分的经过实验检验的定量信息。使用Kratos AXIS Nova光谱仪进行了一项研究,以分析新型SPLED结构以表征AI含量。整个设备的深度轮廓是通过Shard逐步旋转的常规轮廓分析方法获得的。通过AI含量,证实了在不同的层中存在各种期望的组成。该发现可用于创建细胞结构性能的模型。
高温磁翻板液位计用于具有特殊要求的电子应用中。因此,该材料被认为是光电子学中的主要可持续技术。化合物高温磁翻板液位计的成功使用可能与电子和光学改变合金性能的能力有关。特别是其合金成分(二元,三元,四元或五元)和异质结构。
联合市场研究公司(Allied Market Research)的一份报告显示,2016年全球化合物高温磁翻板液位计市场价值66??0亿美元,预计到2023年其价值将增至1430亿美元。然而,尤其是在具有许多不同层的设备之间,其准确确定仍然是一个挑战。此问题的一个相关示例是包含分布式布拉格反射器(DBR)的设备,该设备是高折射率和低折射率材料的交替层,会形成一个阻带,在该阻带中几乎完全反射了一组波长。例如,垂直腔表面发射激光器(VCSEL)是利用DBE形成激光腔镜的相对便宜的高温磁翻板液位计激光器。
保持DBR的质量和一致性很重要,因为VCSEL的平均增益长度比边缘发射激光器的平均增益长度小105倍。这意味着VCSEL需要超高反射率的反射镜才能达到合理的阈值电流。其他使用DBR的设备是单光子LED(SPLED),它用于量子密码网络中的量子密钥分发。
为了准确表征其结构,已进行了一项针对DBR的研究,包括确定高温磁翻板液位计层生长的预期优先顺序。为了进一步表征生长,利用X射线光电子能谱(XPS)深度剖面来测量DBR层的化学成分。预期AI成分的微小变化将立即影响折射率,最终改变该层的光路长度。预期会观察到反射镜特性对激光输出波长的影响。设备性能还与DBR结构的AI内容的XPS定量信息直接相关。

实验
使用Kratos AXIS Nova光谱仪对SPLED结构进行XPS分析,该结构通过英国兰开斯特大学的分子束外延生长。使用Minibeam IV聚焦离子枪以4 keV Ar+模式进行深度分析。为了去除高能中性粒子并防止界面分辨率降低,使离子源在离子柱中弯曲。
此外,为了使蚀刻过程中样品的粗糙程度最小,利用了在每个蚀刻循环中以90 o为增量旋转的样品。同时,也可以使用ESCApe采集软件中的简单复选框来实现中心旋转。
结果
在将SPLED晶片装载到仪器上之前,将其安装到旋转压板上。同时,使用高能单原子4 keV Ar +离子进行深度剖析,并将聚焦束集中在表面上,以形成均匀的蚀刻坑。在每个蚀刻循环之后获取XP光谱,以确定新暴露的表面的成分。小斑点光谱法也被用来限制火山口边缘效应对界面分辨率的影响。
这些设置导致在交替的GaAs / Alx Ga1-x As层中发现的AI含量发生了巨大变化。在该特定结构中,Alx Ga1-x As层被设计为具有0.9的AI分数含量(x)和45%的元素含量。XPS的定量数据还表明,Alx Ga1-x As层的恒定值约为46%,处于预期实验结果的可接受范围内。
除了这些发现之外,还发现发射极层的组成也与所需的组成一致。然而,在将材料刻蚀成另外几个镜面层之后,轮廓开始失去形状。这可能是由于离子刻蚀过程中层的混合和粗糙化所致,这是这种模式下的已知问题。
由于层的总厚度会极大地影响总的实验时间,因此使用低能离子(250-500 eV)重复实验也变得不可行。作为替代,获取Al 2p和Ga 3d光电子线的采集后XP图像以确定蚀刻坑的形状和位置。图像清楚地显示了层结构以及发射器层的存在,该发射器层是器件中的八个重复单元。

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