НТЦ микроэлектроники располагает современным оборудованием для выполнения работ по определению характеристик структур различных опто- и микроэлектронных приборов на основе микро- и наноразмерных многослойных гетероструктур методами динамической вторично-ионной масс-спектрометрии (вторично-ионный микрозонд IMS-4f фирмы САМЕСА, Франция) и оже-электронной и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (оже- и фотоэлектронный спектрометр Multitecnique PHI-5500 фирмы PHYSICAL ELECTRONICS, США). Наличие такого оборудования обеспечивает детальный контроль материалов при разработке эпитаксиальных технологий формирования приборов на основе наноразмерных гетероструктур. Кроме того, используемые НТЦ микроэлектроники РАН методики аттестованы Росстандартом Российской Федерации, например, методика получения информации о распределении по глубине GaN таких электрически активных примесей, как кремний и магний.
1. MULTITECHNIQUE PHI 5500 (США) - установка для фотоэлектронной спектроскопии (ЭСХА, РФЭС), оже-электронной спектроскопии (ОЭС) и спектроскопии характеристических потерь энергии электронов (СХПЭЭ)
1.1 РФЭС, ЭСХА
В методе РФЭС исследуемая плоская поверхность образца облучается рентгеновским пучком с энергией квантов 1,2 или 1,5 кэВ, при этом анализируется энергетический спектр выбитых в вакуум вторичных электронов (внешний фотоэффект). РФЭС позволяет получать информацию об элементном составе, химических связях атомов в приповерхностной области образца, толщина которой равна информационной глубине метода. В сочетании с послойным ионным травлением образца ионами инертных газов, РФЭС позволяет получать информацию о глубинном распределении элементов. Кроме того, фотоэлектронная спектроскопия позволяет получать информацию о структуре валентной зоны образца.
Основные приложения РФЭС: элементный и химический анализ неорганических и органических образцов, анализ электронной структуры образца, двумерные картины элементного и химического состава поверхности, глубинный профильный анализ элементного и химического состава образца. РФЭС находит многообразные применения в материаловедении конструкционных и электронных материалов, в исследовании явлений катализа, адсорбции, явлений на гетерофазных границах, исследований углерод-содержащих неорганических и органических материалов и структур, включая полимеры и биологические субстанции.
1.2 ОЭС
В методе ОЭС исследуемая плоская поверхность образца облучается сфокусированным пучком первичных электронов с энергией 3…25 кэВ, при этом анализируется энергетический спектр выбитых в вакуум вторичных электронов. ОЭС позволяет определять элементный состав приповерхностной области образца и двумерное распределение элементного состава по поверхности. В сочетании с послойным ионным травлением образца ионами инертных газов, ОЭС позволяет получать информацию о глубинном распределении элементов в образце.
Основные приложения ОЭС: элементный анализ, двумерные картины элементного состава поверхности, глубинный профильный анализ элементного и химического состава образца. ОЭС находит многообразные применения в материаловедении конструкционных и электронных материалов и структур, в исследовании явлений на гетерофазных границах.
1.3 СХПЭЭ (на отражение)
Метод СХПЭЭ, как и метод ОЭС, состоит в исследовании энергетического спектра вторичных электронов, выбитых в вакуум из образца сфокусированным пучком первичных электронов с энергией 0,1…3 кэВ. СХПЭЭ позволяет получать ценную информацию об электронной структуре мишени и ее глубинном строении, а в сочетании с ионным травлением исследуемого образца – глубинные профили интересующих характеристик исследуемой структуры.
Основные приложения СХПЭЭ: анализ электронной структуры образца и, в некоторых случаях, элементный анализ, и неразрушающее исследование приповерхностной области на глубины до нескольких десятков нанометров. СХПЭЭ применяется для исследования разнообразных металлических, полупроводниковых гетероструктур.
2 CAMECA IMS4F – ионный микрозонд для динамической вторично-ионной масс-спектрометрии (Д–ВИМС)
2.1 Д-ВИМС
В методе Д-ВИМС плоская поверхность образца бомбардируется сфокусированным пучком быстрых первичных ионов, обычно O2+ или Cs+. Д-ВИМС позволяет определять элементный состав и примесный состав приповерхностной области образца и двумерное распределение элементного состава по поверхности. В сочетании с послойным ионным травлением образца, Д-ВИМС позволяет определить распределение основных элементов и примесей по толщине образца и исследовать трехмерное распределение основных элементов по образцу.
Основные приложения динамической ВИМС: локальный элементный и изотопный анализ; анализ глубинных профилей распределения основных и примесных элементов в образцах, неоднородных по толщине, например, в гетероструктурах; изучение строения гетерограниц; явлений сегрегации и диффузии; исследование двумерных и трехмерных распределений атомов в сложных гетерофазных структурах (конструкционные материалы, структуры опто- и микроэлектронных приборов и др.)
Общий вид вторично-ионного микрозонда САМЕСА IMS-4f (Франция)
Оптический измерительный комплекс, состоящий из установки для измерения силы света и координат цветности, источников излучения "Radiant Imaging" и источников излучения OL 770 – LED, внесен в государственный реестр средств измерений под номерами: 50401-12 и 50402-12 соответственно. Приказ №486 от 9 июля 2012г. Действующая поверка от 06 апреля 2012г.
1. Универсальная спектрофотоколориметрическая установка OL 770-LED High-speed LED Test and Measurement System Configured for Source Spectral Analysis of LEDs”
” (Optronic Laboratories Inc., США) с двумя спектрометрическими блоками UV/VIZ и VIZ/IR в совокупности перекрывающими диапазон длин волн от УФ до ближнего ИК: 250-1100 nm. Установка снабжена двумя интегральными сферами, диаметром 6 и 18 дюймов, прецизионным блоком постоянного и импульсного питания, а также широким набором сменных оптических блоков, включая гониометрическую систему и камеру для измерения осевой силы излучения, сменных фильтров для расширения динамического диапазона, и т.д. Развитое программное обеспечение позволяет проводить измерения и расчет всех основных характеристик светодиодов за несколько секунд.
Типовые измерения включают:При проведении измерений обеспечивается прецизионный контроль температуры корпуса и окружающей среды, а также входного тока и напряжения. Возможно развертывание по току и получение соответствующих зависимостей светового потока, спектрального распределения и других параметров от тока.
Входящие в состав комплекса сменные блоки позволяют также проводить измерения оптических характеристик материалов, используемых в конструкциях светодиодов и источников света (полупроводниковые слои, контактные и отражающие покрытия, полимерные покрытия): спектральные и угловые зависимости коэффициентов отражения, пропускания и рассеяния, а также их интегральные значения в телесном угле 2 ср.
Прибор имеет калибровочные сертификаты, выполненные по эталонам NIST, методики измерений аттестованы во ВНИИОФИ.
Общий вид установки и интерфейса управления и отображения результатов измерений
2. Измерительная система для контроля пространственного распределения силы и цвета излучения “IS-LI™ Luminous Intensity Measurement System”
производства компании Radiant Imaging Inc., США. Специализированный прибор для экспресс-контроля пространственных характеристик излучения, в первую очередь, светодиодов и полупроводниковых лазеров. Основными компонентами оптической измерительной схемы являются полусфера, освещаемая анализируемым источником излучения, оптическая система, строящая изображение освещенной полусферы на чувствительной ПЗС матрице, система фильтров для определения координат цветности света (цветовой температуры). Программное обеспечение путем обработки изображения на ПЗС матрице рассчитывает угловое распределение силы света, координат цветности и цветовой температуры в угле 2 ср. Преимуществом по отношению к гониометрическим системам измерения пространственного распределения излучения является отсутствие механических узлов. Прибор позволяет в режиме высоко быстродействия (единицы – десятки секунд) получать полную, в телесном угле 2 стерадиан, пространственную картину распределения силы света, координат цветности и цветовой температуры, что особенно актуально при испытаниях больших партий изделий, выявления статистических распределений и т.д. Методика аттестована во ВНИИОФИ
Общий вид прибора “IS-LI™ Luminous Intensity Measurement System” и примеры интерфейса отображения информации
3.Комплексная автоматизированная спектрорадиометрическая измерительная установка на базе двойного монохроматора “OL 750-M-D “OL 750D Automated Spectroradiometer and Accessories for optical measurement with VIS-NIR wavelength”,
(Optronic Laboratories, Inc., США). Полная комплектация прибора включает двойной монохроматор с высоким разрешением 0,05 нм, двумя кремниевыми фотоприемниками с повышенной чувствительностью до 10-12 А, набор оптических приставок и эталонов для измерения абсолютных значений показателей поглощения, коэффициентов зеркального и диффузного отражения, коэффициентов рассеяния, а также их угловых зависимостей и интегральных значений в спектральном диапазоне от среднего УФ – 250 нм до ближнего ИК – 1500 нм. Основное назначение прибора – исследование оптических параметров фотоэлектрических и светоизлучающих полупроводниковых приборов, а также оптических материалов (эпитаксиальных структур, подложек, контактных, изолирующих, отражающих, иммерсионных покрытий), используемых в технологии создания оптоэлектронных приборов.
Общий вид спектрорадиометра “OL 750-M-D “OL 750D Automated Spectroradiometer and Accessories for optical measurement with VIS-NIR wavelength”
4.Измерительная система для контроля электрооптических характеристик светодиодов в широком температурном диапазоне на основе криостата замкнутого цикла с оптическим окном “CCS-450 Standard Optical Closed-cycle Refrigerator Systems” (Janis Research Company Inc, США) и спектрорадиометра “Spectrometer Avaspec 2048” (Avantes BV, Ниделанды).
Основными компонентами системы являются гелиевый криостат замкнутого цикла, термостатируемый держатель с оптическим окном, контроллер задания температуры и система откачки. Прибор позволяет производить высокоточные измерения температурных коэффициентов прямого напряжения, пиковой и доминантной длины волны излучения, внешнего квантового выхода и других температурных зависимостей. Точность термостатирования 0.5К, температурный диапазон 10-500 К.
Общий вид измерительной головки криостата “CCS-450 Standard Optical Closed-cycle Refrigerator Systems” совместно со спектрометром “Avaspec 2048” и пример температурных зависимостей спектра излучения синих AlInGaN светодиодов в температурном диапазоне 50-420К.
1. Прибор для измерения тепловых сопротивлений полупроводниковых приборов и интегральных модулей “Thermal tester T3Ster” (MicRed Ltd., Венгрия)
T3Ster является общепризнанным прибором для контроля теплового сопротивления среди ведущих фирм производителей полупроводниковых приборов и интегральных схем, в том числе, светодиодов и светодиодных модулей: GE Lumination, Samsung и др. Принцип действия базируется на измерении переходных температуро-зависимых характеристик (например, прямого напряжения на светодиоде) в ответ на скачкообразное воздействие (мощный токовый импульс). Прибор обеспечивает возможность определения прямого падения напряжения на p-n-переходе при микросекундном временном разрешении после окончания разогревающего импульса и с высокой точностью до долей К/Вт рассчитывать тепловое сопротивления прибора в целом и отдельных звеньев тепловой цепи. Данный параметр относится к важнейшим характеристикам мощных и твердотельных источников освещения, как на стадии разработки, так и при определении режимов эксплуатации. Полная комплектация включает: 4-х канальный базовый блок, термостат (рабочий диапазон 5-900С), мощный источник тока и усилитель тока (бустер), предусилитель для термопары. Ниже показан общий вид комплекса и пример кривой для определения тепловых сопротивлений элементов конструкции светодиодов и прибора в целом.
2. Тепловизионный комлекс: ИК-тепловизор «Свит» и ИК-тепловизионный микроскоп УТК-1 (ИФП СО РАН, Россия)
Большой практический интерес, как на этапе разработки приборов, так и при выборе допустимых режимов работы, представляет картографирование температурных полей по площади как отдельного кристалла, так и светодиодных модулей, другими словами, осуществление температурного «мэппинга».
Для этой цели в НТЦ микроэлектроники РАН используется ИК-тепловизионный метод, реализованный в двух вариантах: тепловизор для крупных объектов (матрицы, модули, сборки) и тепловизионный микроскоп для отдельных кристаллов. Приборы имеют в своей основе гибридную микросхему матричного фотоприемного устройства InAs 128128, шаг элементов 50 мкм, чувствительного в диапазоне длин волн 2.5 3.1 мкм. В ИК-микроскопе при использовании сменных объективов возможно исследование объектов размерами от десятков микрометров до единиц миллиметров. Достигнутое температурное разрешение составляет ~ 1K для объектов, имеющих температуру в диапазоне 300 - 450К.
