I staidéar a dhéanamh ar epitaxy leathsheoltóra, heitreajunctions scannáin tanaí, innealtóireacht díláithrithe, agus ocsaídí feidhmiúla, ní fotháirge tánaisteach de phróiseas éabhlóid an fháis struchtúraigh amháin é brú; in áit, feidhmíonn sé mar pharaiméadar fisiceach lárnach a chinneann go díreach struchtúr banna fuinnimh an chórais, iompar polaraithe, airíonna iompair iompróra, agus cobhsaíocht idirfacial. Is é an tábhacht a bhaineann le brú a thomhas i gcórais mhicreascópachta leictreon tarchurtha (TEM) ná a chumas tréithriú struchtúrach a chur chun cinn ó bhreathnú ar shocruithe adamhacha go dtí cur síos cainníochtúil ar shaobhadh laitíse a sholáthar.
I measc na modhanna seo, tá Anailís Chéim Gheoiméadrach (GPA)¹ faoi láthair ar cheann de na teicnící anailíse stríoca is clasaiceacha agus is forleithne a chuirtear i bhfeidhm; is féidir leis saobhadh laitíse logánta a bhaint as atá bunaithe ar mhicreascóip leictreoin tarchurtha ardtaifigh (HRTEM) nó íomhánna réimse ard-uillinneacha dorcha a fhaightear trí mhicreascópacht leictreoin tarchurtha a scanadh (STEM-HAADF), agus ar an gcaoi sin athchruthaítear dhá ghné tríthoiseacha de réimsí díláithriúcháin agus réimsí stríoca áitiúla go háirithe.
Prionsabal Tomhais Strain an GPA
Is é coincheap bunúsach GPA ná úsáid a bhaint as an bhfaisnéis thréimhsiúil atá sna stripes laitíse laistigh den íomhá laitíse, roghnaigh na comhpháirteanna minicíochta a fhreagraíonn do mhachnamh sonrach Bragg i spás Fourier, agus faisnéis díláithrithe laitíse a bhaint as a gcéim gheoiméadrach [1]. Is féidir déine íomhá TEM ardtaifigh de chriostal slán, brú-a chur in iúl mar shraith Fourier.
i measc
Seasann $A_g$ aimplitiúid na comhpháirte Fourier seo, agus seasann $P_g$ a chéim. I gcás criostail a bhfuil saobhadh logánta acu, is féidir an gaol idir an chéim gheoiméadrach $P_g(r)$ agus an réimse díláithrithe $u(r)$ a chur in iúl mar:
Dá bhrí sin, ní féidir leis an léarscáil chéim a fhreagraíonn do láthair díraonta aonair ach teilgean an réimse díláithrithe a sholáthar feadh treo veicteoir cómhalartach; trí dhá veicteoir chómhalartacha neamhspleácha neamh-chomhlíneacha a roghnú, is féidir réimse díláithrithe déthoiseacha a athchruthú. Nuair a ghlactar le díorthach spásúil an réimse díláithrithe, faightear an tensor grádán díláithrithe, a fhreagraíonn a chuid siméadrach don tensor brú, agus comhfhreagraíonn a chuid frithshiméadrach don rothlú laitíse áitiúil. Ní bhaineann an modh GPA-chun brú a ríomh a léamh go díreach na tairisigh laitíse; ina ionad sin, déanann sé na díláithrithe áitiúla a athchóiriú ar dtús, agus ansin díorthaíonn sé an réimse brú ón réimse díláithrithe.
Sa sreabhadh oibre próiseála sonraí ar leith, éilíonn anailís GPA de ghnáth réigiún tagartha a roghnú laistigh den íomhá chéanna atá chomh gar agus is féidir do staid neamhshaofa; de ghnáth is réigiún criostail aonfhoirmeach é an réigiún tagartha seo atá suite ar shiúl ó lochtanna nó comhéadain, a úsáidtear chun an laitís tagartha a shainiú. Ina dhiaidh sin, déantar comparáid idir aistriú céime an sprioc-réigiúin i gcoibhneas leis an laitís tagartha seo chun an dáileadh brú áitiúil a fháil. I measc na mbuntáistí a bhaineann leis an gcur chuige seo tá nós imeachta ríomhaireachtúil seanbhunaithe, inoiriúnaitheacht láidir d’íomhánna le laitíse rialta, agus an cumas faisnéis amhail εxx, εyy, εxy, agus rothlú logánta-a aschur ag an am céanna, rud a fhágann go bhfuil sé thar a bheith oiriúnach chun anailís a dhéanamh ar neamhréir epitaxial, tiúchan brú in aice le croí-struchtúir díláithrithe, agus saobhadh inleagtha croí. Ina theannta sin, tá torthaí anailíse GPA ag brath go mór ar cháilíocht íomháithe, ar mhéid an masc Fourier, ar choinníollacha samplála, agus ar roghnú an réigiúin tagartha. Is gnách go n-eascraíonn masc níos mó taifeach spásúlachta níos airde ach méadaíonn sé so-ghabhálacht torainn; os a choinne sin, táirgeann masc níos lú torthaí níos míne ach cuireann sé faisnéis áitiúil ar an meán. Le linn na céime próiseála sonraí iarbhír, tugtar tosaíocht laistigh den phatrún díraonta do dhá spota díraonta Bragg neamh-idirlíneacha láidre le hinnéacsanna ísle agus ardchomharthaí-go-; ansin cuirtear masc ciorclach de mhéid cuí i bhfeidhm chun na sprice spotaí seo a choinneáil, agus ina dhiaidh sin claochlaítear inbhéartach Fourier chun na léarscáileanna dáileadh céime a fhreagraíonn don dá veicteoir laitíse chómhalartacha a fháil.
Is gnách go n-úsáideann taighdeoirí modh GPA chun anailís chainníochtúil a dhéanamh ar dhíláithriúcháin neamhréireanna in aice le comhéadain in íomhánna HRTEM. Tar éis anailís bhreise a dhéanamh ar na díláithrithe comhéadain a breathnaíodh, is féidir tátail chainníochtúla a dhéanamh maidir le, mar shampla, conas a scaoileann dislocations brú, méid an tionchair brú, agus cibé an gcomhlíonann an réimse brú leis an tsamhail teoiric leaisteacha. Le dul chun cinn i dteicnící ceartúcháin bearrúcháin, tá modh GPA méadaithe ó HRTEM traidisiúnta go híomháú réitigh adamhach STEM{{2}HAADF{-. I gcomparáid le patrúin imeall laitíse TEM, tairgeann íomhánna STEM-HAADF taifeach codarsnachta eiliminteach, soláthraíonn siad inmhínithe níos fearr d’ábhair il-chomhpháirteacha agus comhéadain chasta, agus tá siad feiliúnach chun suíomhanna colún adamhach a thomhas go beacht i gcomhéadain ilchineálacha, forlatticí, agus leathsheoltóirí ilchiseal.
Anailís ar Fhreagra ar Chás-Staidéar
Cás 1: Anailís ar bhrú lomadh laitíse logánta i-turgnaimh lúbthachta situ ar Ni nanowires
I dturgnamh lúbthachta TEM in-situ de Ni nanowires, rinneadh anailís GPA ar na híomhánna réitigh HRTEM adaimh chun dáileadh an straidhn lomadh laitíse áitiúil laistigh den nanalár ag an scála adamhach a mhapáil, mar a thaispeántar i bhFíor 12. I bhFíor 1(a), sainmhínítear an réigiún frámaithe buí mar an crios tagartha strain náid; Léiríonn Fíor 1(b) an dáileadh brú lomadh $\\varepsilon_{xy}$ a fuarthas ón anailís GPA; taispeántar i bhFíor 1(c) próifíl líne chainníochtúil an strain lomadh a bhaintear as an bhfigiúr seo, áit a ardaíonn an brú lomadh comhfhreagrach ó 0 go timpeall 35% ó chlé go deas; dá bhrí sin, méadaíonn uillinn $\\alpha$ an eitleáin chriostail {111} go leanúnach ó 70.5 céim (is gnách do struchtúr FCC) go dtí thart ar 109 céim le linn an phróisis seo. Le linn an phróisis seo, níor tugadh faoi deara aon díláithriú suntasach sa laitíse, rud a dheimhnigh tuilleadh gur de bharr díláithriúcháin a tháinig an dífhoirmiúchán go príomha ó lomadh laitíse leanúnach saor. Tar éis an brú a scaoileadh, léirigh anailís GPA ar na híomhánna HRTEM (Figiúirí 1(d–f)) go raibh an brú i bhformhór na réigiún tar éis filleadh ar leibhéil réasúnta íseal, seachas in aice leis na croíleacáin díláithrithe. Léiríonn sé seo gur féidir leis an nanowire dul faoi dhífhoirmiúchán lomadh laitíse in-aisghabhála substaintiúil, leanúnach agus logánta faoi choinníollacha casta struis lúbthachta.
Fíor 1. Anailís GPA ar bhrú lomadh laitíse. (a) íomhá HRTEM de réigiún an strainséara agus a (b) léarscáil stríoc lomadh $\\varepsilon_{xy}$; (c) próifíl líne chainníochtúil strae lomadh a bhaintear as réigiún an bhosca-bhosca i (b), le leithead líne 0.4 nm; (d) íomhá HRTEM den réigiún um scaoileadh brúnna agus a (e) léarscáil um shrianadh lomadh $\\varepsilon_{xy}$; (f) próifíl líne chainníochtúil brú lomadh a bhaintear as réigiún an bhosca-bhosca in (e), le leithead líne 0.6 nm².
Cás 2: Anailís ar bhrú laitíse i struchtúir chandamach tobair/poncanna chandamach laistigh de na LEDs
Léiríonn Figiúr 2 an dáileadh díláithrithe i-bhanda il{-bhanda amháin{-LED agus an meaitseáil laitíse comhleanúnach laistigh de-toibreacha chandamacha (MQWanna) agus il-phoncanna candamach (MQBanna)³. Ar dtús, úsáideadh BFTEM chun an dáileadh díláithrithe a thréithriú (Fíor 2(a)), rud a léirigh go bhfuil díláithrithe den chuid is mó comhchruinnithe ag bun an tsraith mhaoláin grádáin InAsP{7}}go háirithe ag an gcomhéadan idir an chéad chiseal maolánach agus an tsubstráit InP. Cuirtear an tiúchan seo i leith na neamhréire suntasach laitíse idir an dá ábhar seo, rud a chothaíonn foirmiú díláithrithe mímheaitseála, mar a léirítear i bhFíoracha 2(g–j). De réir mar a théann fás epitaxial ar aghaidh, sleamhnaíonn na dislocations seo feadh an eitleáin {111} agus de réir a chéile críochnaíonn siad nó glas iad; dá bhrí sin, laghdaítear go suntasach an dlús díláithrithe sna sraitheanna maolánacha ina dhiaidh sin. Léiríonn anailís GPA ar íomhánna STEM-HAADF comhchruinniú brú logánta in aice le croíthe na díláithrithe mímheaitseála, agus léiríonn na réigiúin MQWs/MQB ar an iomlán beagnach-sruth trasnaithe εxx εxx, rud a léiríonn meaitseáil laitíse comhleanúnach sármhaith idir na toibreacha chandamach agus an bhacainn. Ina theannta sin, léiríonn an brú ingearach εyy go ndéanann an brú teanntachta sa chandamach InAsSb go maith agus an brú comhbhrúiteach i mbacainn chandamach InAsPSb cúiteamh dá chéile, rud a léiríonn go ndéanann an struchtúr seo cothromaíocht éifeachtach idir an strus inmheánach laistigh den heterostructure. Agus na torthaí turgnamhacha seo á gcomhcheangal-lena n-áirítear comhéadain atá géar ó thaobh adamhach agus easpa lochtanna cruachta-is féidir a bhaint as an gconclúid go gcumasaíonn an struchtúr seo fás epitaxial ardcháilíochta agus innealtóireacht brú cobhsaí.
Fíor 2. Dáileadh díláithrithe i mbanda LED il-sliseanna amháin, chomh maith le meaitseáil laitíse comhleanúnach laistigh de-toibreacha chandamacha (MQWanna) agus i-phoncanna candamacha (MQBanna). (a) Íomhá thrasghearrthach BFTEM den struchtúr LED, comhdhéanta d’infridhearg toinne gearr (SWIR; barr), lár{8}}tonn infridhearg (MWIR; lár), agus ciseal maolánach grádáin (bun); forleagtha ar an íomhá le fuinneamh EDS-scaipthe X{-cuair dáilte eiliminteach speictreascópachta gathanna, a léiríonn dáileadh agus comhdhéanamh indiam (In), arsanaic (As), fosfar (P), agus antamón (Sb). (b–j) Íomhánna STEM-HAADF mar aon leis na dáiltí comhfhreagracha brú cothrománach (εxx) agus brú ingearach (εyy) a fhaightear trí anailís GPA, a fhreagraíonn don réigiún SWIR ag an mbarr (b–d), an réigiún MWIR sa lár (e–g), agus an ciseal maolánach grádáin ag bun (h–j), ar fad ar fhoshraith InP.
Cás 3: Anailís Strain ar Struchtúr Scannán Ilchiseal BiFeO₃
Ag baint úsáide as íomháú STEM-HAADF in éineacht le hanailís chainníochtúil GPA, rinneamar imscrúdú ar scannáin ilchisealacha éagsúla BiFeO₃/Ca₀.₉₆MnO₃ (BFO/CCMO) a fhástar ar fhoshraitheanna LaAlO₃ (001) (LAO). Mar a thaispeántar i bhFíor 3, scrúdaigh an staidéar seo conas a rialaíonn tiús scannáin an microstructure, dáileadh brú, agus comhdhéanamh céim; Léiríonn na torthaí go léiríonn na scannáin ilchisealacha BFO/CCMO go léir luaineachtaí comhéadain, agus na sraitheanna BFO de thiús níos mó ag taispeáint luaineachtaí níos suntasaí, ag dearbhú go díreach go mbraitheann éabhlóid shaintréithe micreastruchtúr na scannán tanaí go mór ar a thiús⁴.
Fíor 3: Íomhánna STEM-HAADF de LAO/(BFO/CCMO)₄ samplaí le tiús BFO amháin-ciseal de (a) 20 UC agus (b) 16 UC (cill aonad), mar aon leis an GPA comhfhreagrach i-torthaí anailíse brú eitleáin a thaispeántar in (c) agus (d), faoi seach.
Cumas Seirbhíse Anailíse GRGESTTEM
Tá Saotharlann Tástála agus Anailíse Ciorcaid Chomhtháite GRGTEST Wuxi feistithe le dhá mhicreascóp leictreoin tarchurtha astaithe réimse Thermo Fisher Scientific Talos F200X. Cuireann an socrú turgnamhach seo ar chumas ní amháin tréithriú moirfeolaíoch, íomháú ardtaifigh, agus anailís eiliminteach ach éascaíonn sé íomháú brú áitiúil agus anailís chainníochtúil ar heitreajunctions leathsheoltóra agus struchtúir scannán ilchiseal.
Tá seirbhísí tástála TEM GRGTEST sainoiriúnaithe go príomha do chliaint an tionscail leathsheoltóra, lena n-áirítear monaróirí substráit Si/SiC, soláthraithe trealaimh leathsheoltóra, fabraicí wafer, agus ard-áiseanna pacáistithe; chomh maith leis na cliaint seo atá dírithe ar leathsheoltóirí, freastalaíonn GRGTEST ar ollscoileanna agus ar institiúidí taighde atá i mbun taighde agus forbairt ábhar. Soláthraíonn GRGTEST seirbhísí tástála TEM ard-éifeachtach, ardchaighdeáin agus anailíse struis do gach cliant den sórt sin.