研究者通過(guò)控制電子束透鏡電流對(duì)電子束進(jìn)行搖擺，生成了GaN薄膜材料的菊池花樣（圖1）。通過(guò)系統(tǒng)分析菊池晶帶與垂直晶面、傾斜晶面的對(duì)應(yīng)關(guān)系，發(fā)展了精準(zhǔn)選取布拉格衍射條件并用于位錯(cuò)通道襯度成像的實(shí)驗(yàn)方法。

圖1.（a）GaN薄膜的菊池花樣及由電子束衍射的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論計(jì)算得出的（b）垂直晶面和（c）傾斜晶面的菊池晶帶分布圖

 

通過(guò)對(duì)比同一區(qū)域的位錯(cuò)在不同雙束衍射條件下的襯度演化規(guī)律，將消光判據(jù)與位錯(cuò)襯度分布方向判據(jù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)位錯(cuò)伯氏矢量的判定（圖2）。另外，通過(guò)對(duì)比分析基于通道襯度方法直接獲得的位錯(cuò)類(lèi)型占比與基于X射線(xiàn)衍射方法間接獲得的位錯(cuò)類(lèi)型占比，確定通道襯度方法在分析混合位錯(cuò)方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

圖2.同一區(qū)域GaN薄膜在不同雙束衍射條件下的通道襯度成像及位錯(cuò)類(lèi)型判定

 

最后，利用通道襯度方法直接測(cè)試GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)界面，首次觀(guān)測(cè)到位錯(cuò)半環(huán)，并發(fā)現(xiàn)大量混合位錯(cuò)在界面處的彎曲形成失配位錯(cuò)（圖3）。通過(guò)分析位錯(cuò)彎曲的晶向，判明界面存在位錯(cuò)滑移現(xiàn)象，為GaN器件的失效機(jī)制拓展了新的研究方向。

圖3.GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)的通道襯度成像及位錯(cuò)滑移體系的判定

 

該工作以O(shè)bservation of threading dislocations and misfit dislocation half-loops in GaN/AlGaN heterostructures grown on Si using electron channeling contrast imaging為題發(fā)表在Journal of Applied Physics上。中科院蘇州納米所樊士釗項(xiàng)目研究員為第一作者和通訊作者。該論文工作獲得了中科院“率先行動(dòng)”、江蘇省“雙創(chuàng)人才”、蘇州市“姑蘇青年領(lǐng)軍”、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助，同時(shí)也得到了中科院蘇州納米所納米真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站（Nano-X）的支持。

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所