This work was supported by the Department of Energy under the FPACE program (DE-EE0005398), the Ohio State University Institute for Materials Research, and the Ohio Office of Technology Investments&#8217; Third Frontier Program.

Ce protocole a été écrit avec l&#39;hypothèse que le lecteur aura une compréhension pratique de l&#39;opération SEM standard. Selon le fabricant, le modèle et la version du logiciel même, tous les SEM peut avoir sensiblement différentes interfaces matérielles et / ou logicielles. La même chose peut être dite par rapport à la configuration interne de l&#39;instrument; l&#39;opérateur doit être prudent et attentif lorsque l&#39;on suit ce protocole, que même relativement petits changements dans la taille de l&#39;échantillon / la géométrie, l&#39;orientation de l&#39;échantillon (inclinaison, rotation), et la distance de travail, peuvent présenter un risque pour la prise de contact avec le pôle pièce, surtout si pas à la hauteur eucentrique. Les instructions fournies ici sont pour l&#39;instrument utilisé pour effectuer ce travail, une FEI Sirion SEM équipé d&#39;un canon à émission de champ et un standard, pièce polaire monté, annulaire détecteur Si rétrodiffusion. Par conséquent, il est impératif que le lecteur à comprendre comment effectuer les actions équivalentes sur leur propre matériel spécifique. </p&gt; Préparation de l&#39;échantillon 1. <ol><li> Cleave échantillon, GaP / Si pour cette étude, en une taille appropriée en fonction de la taille de l&#39;échantillon SEM montage qui doit être utilisé. Note: L&#39;échantillon peut être aussi petite que 5 mm x 5 mm ou plus grand que une plaquette pleine (4 pouces de long), en fonction de la géométrie interne de la SEM utilisé et la surface de la chambre à échantillon disponible space.The doit être très propre et libre de toute contamination qui pourrait perturber la canalisation (ex., cristallins ou amorphes oxydes natifs). </li><li> Placer l&#39;échantillon sur l&#39;échantillon SEM monture. Note: La méthode de montage peut varier en fonction du type de SEM stub utilisé, typiquement soit un style de clip ou via un adhésif (par exemple, la bande de carbone, de peinture argentée.). La méthode de placement doit garantir que l&#39;échantillon ne se déplace pas et qu&#39;elle est la terre pour empêcher l&#39;échantillon de charge. </li></ol> Exemple 2. Charger <ol><li> Purger le SEM en cliquant sur le bouton &#39;Vent&#39; dans leinterface du logiciel et insérer l&#39;échantillon après avoir atteint la pression atmosphérique. </li><li> Avant de fermer la porte SEM, veiller à ce que l&#39;échantillon est à une hauteur appropriée afin de ne pas frapper le détecteur ESB lors du déplacement dans le SEM. </li><li> Pomper la SEM en cliquant sur le bouton «pompe» dans l&#39;interface du logiciel. Attendez jusqu&#39;à ce que le système indique que la pression est suffisamment faible pour démarrer les mesures. </li></ol> 3. Définir les conditions de travail appropriées <ol><li> Allumez le faisceau d&#39;électrons via le bouton de commande dans la zone de contrôle Beam &#39;et réglez la tension d&#39;accélération via le menu&#39; faisceau &#39;déroulant dans l&#39;interface du logiciel. Pour le travail présenté ici, 25 kV a été utilisé. </li><li> Réglez le courant de faisceau à une valeur appropriée via le menu déroulant «faisceau». Ceci est déterminé dans le système utilisé ici par le réglage de la taille du spot, qui a été fixée à 5 (environ 2,4 nA). Remarque: Haute courant de faisceau est généralement nécessaire barce que le signal CEIC est généralement faible et le courant plus large permet une image plus distinguée. </li><li> Utilisation du détecteur d&#39;électrons secondaires, la mise au point de l&#39;image et stigmation via l&#39;interface du logiciel. Note: Ceci est réalisé ici par un clic droit et en déplaçant la souris sur l&#39;interface du logiciel; verticale pour se concentrer, horizontal pour stigmation. En outre, il est généralement utile de trouver une petite particule ou une caractéristique de surface sur l&#39;échantillon pour fournir un sujet clair pour le réglage focus / stigmation. </li><li> Déplacer l&#39;échantillon dans la distance de travail vertical en modifiant de façon incrémentielle la position Z de la phase et l&#39;ajustement de la mise au point et stigmation selon les besoins. La position Z est changé par le menu &#39;Z&#39; déroulant dans la «scène» zone de contrôle de l&#39;interface du logiciel. Pour le travail décrit ici, une distance de travail de 5 mm placé à hauteur de la même eucentrique et prévu pour un signal CEIC forte. </li></ol> 4. Visualiser ECP de l&#39;échantillon &lt;ol&gt; <li> Passer en mode de l&#39;ESB dans le menu &#39;Détecteurs&#39; déroulant dans l&#39;interface du logiciel. </li><li> Réduire l&#39;agrandissement à son réglage le plus bas (27x), qui se fait ici par le moins de clavier d&#39;ordinateur (-) de la clé, de visualiser l&#39;ECP. </li><li> Réglez la vitesse de balayage, fait ici par le menu déroulant de la «Scan», pour fournir une image suffisamment (par exemple., Balayage lent plutôt que le mode TV) signal-bruit. Remarque: la moyenne ou l&#39;intégration de l&#39;image peut être nécessaire pour obtenir une image plus claire, plus discernable. </li><li> Réglez le contraste de l&#39;image et de la luminosité, accompli ici par le «Contraste» et les curseurs &quot;Luminosité de, pour aider à améliorer la visibilité de l&#39;ECP, en faisant attention de ne pas saturer. </li><li> Ajustez la rotation de l&#39;échantillon et de l&#39;inclinaison, en utilisant la entrées en «T» dans la zone de contrôle &quot;étape&quot; dans l&#39;interface du logiciel «R» et, pour aider à rendre les caractéristiques du modèle de canalisation plus apparente. RoTat Sampleion se traduira par une rotation de l&#39;ECP (comme représenté sur la Figure 2) et l&#39;inclinaison entraîne une translation de l&#39;ECP (comme représenté sur la figure 3). </li></ol> 5. défauts d&#39;image / Caractéristiques <ol><li> Réglez l&#39;inclinaison de l&#39;échantillon et la rotation, comme décrit dans l&#39;étape 4.5, pour définir la condition de diffraction souhaitée. Atteindre cet objectif en traduisant et / ou en tournant le ECP pour aligner le Kikuchi bord de la bande cible (c.-à-point entre le bande brillante Kikuchi Kikuchi et sa ligne sombre associée inflexion) avec l&#39;axe optique SEM. Alors que la canalisation maximale se produit réellement sur ​​la ligne Kikuchi, en alignant dans le procédé décrit ici permet une visualisation contraste pour les défauts avec deux niveaux de contraste sombres et claires (voir les figures 4 et 5). </li><li> Une fois que la condition de diffraction souhaité est atteint, d&#39;augmenter le grossissement, fait ici par l&#39;intermédiaire du clavier, plus touche (+). </li><li> Recentrer l&#39;image et ajuster pour stigmation, comme décrit dans l&#39;étape 3.2. Remarque: Ici, la focus et stigmation est mieux ajustées par rapport au défaut / particularité imagée. </li><li> Parce que les petits écarts par rapport à la lisière de la bande peuvent faire de grandes différences dans l&#39;apparition de la défectuosité ou caractéristique cible, optimiser la condition de diffraction en faisant petit (pas plus que des ajustements à l&#39;échantillon inclinaison orthogonale à l&#39;Kikuchi bande / ligne d&#39;intérêt, tandis que regarder une fonctionnalité spécifique pour un contraste maximum. Notez que le déplacement vers l&#39;intérieur de la bande de Kikuchi réduira généralement le contraste relative des caractéristiques &quot;lumineux&quot;, tout en se déplaçant vers l&#39;extérieur de la bande (vers la ligne Kikuchi) réduira généralement le contraste relatif des caractéristiques «sombres». </li><li> Une fois que le contraste désiré est obtenu, diminuer le grossissement de vérifier que la même bande est encore sur ou très près de l&#39;axe optique; trop inclinaison peut changer totalement la condition de diffraction. </li></ol>

<ol>
	<li>Zaefferer, S., Elhami, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theory+and+application+of+electron+channelling+contrast+imaging+under+controlled+diffraction+conditions.">Theory and application of electron channelling contrast imaging under controlled diffraction conditions.</a> Acta Mater. 75, 20-50 (2014).</li><li>Crimp, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A.+Scanning+electron+microscopy+imaging+of+dislocations+in+bulk+materials,+using+electron+channeling+contrast.">A. Scanning electron microscopy imaging of dislocations in bulk materials, using electron channeling contrast.</a> Microsc. Res. Tech. 69 (5), 374-381 (2006).</li><li>Joy, D. C., Newbury, D. E., Davidson, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+channeling+patterns+in+the+scanning+electron+microscope.">Electron channeling patterns in the scanning electron microscope.</a> J. Appl. Phys. 53 (8), R81-R122 (1982).</li><li>Williams, D. B., Carter, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science. , (2009).</li><li>Picard, Y. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Future+Prospects+for+Defect+and+Strain+Analysis+in+the+SEM+via+Electron+Channeling.">Future Prospects for Defect and Strain Analysis in the SEM via Electron Channeling.</a> Micros. Today. 20 (2), 12-16 (2012).</li><li>Naresh-Kumar, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+Nondestructive+Analysis+of+Threading+Dislocations+in+Wurtzite+Materials+Using+the+Scanning+Electron+Microscope.">Rapid Nondestructive Analysis of Threading Dislocations in Wurtzite Materials Using the Scanning Electron Microscope.</a> Phys. Rev. Lett. 108 (13), 135503 (2012).</li><li>Naresh-Kumar, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+channeling+contrast+imaging+studies+of+nonpolar+nitrides+using+a+scanning+electron+microscope.">Electron channeling contrast imaging studies of nonpolar nitrides using a scanning electron microscope.</a> Appl. Phys. Lett. 102 (14), 142103 (2013).</li><li>Kamaladasa, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identifying+threading+dislocations+in+GaN+films+and+substrates+by+electron+channelling.">Identifying threading dislocations in GaN films and substrates by electron channelling.</a> J. Microsc. 244 (3), 311-319 (2011).</li><li>Picard, Y. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nondestructive+analysis+of+threading+dislocations+in+GaN+by+electron+channeling+contrast+imaging.">Nondestructive analysis of threading dislocations in GaN by electron channeling contrast imaging.</a> Appl. Phys. Lett. 91 (9), 094106 (2007).</li><li>Picard, Y. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+channeling+contrast+imaging+of+atomic+steps+and+threading+dislocations+in+4H-SiC.">Electron channeling contrast imaging of atomic steps and threading dislocations in 4H-SiC.</a> Appl. Phys. Lett. 90 (23), 234101 (2007).</li><li>Picard, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epitaxial+SiC+Growth+Morphology+and+Extended+Defects+Investigated+by+Electron+Backscatter+Diffraction+and+Electron+Channeling+Contrast+Imaging.">Epitaxial SiC Growth Morphology and Extended Defects Investigated by Electron Backscatter Diffraction and Electron Channeling Contrast Imaging.</a> J. Electron. Mater. 37 (5), 691-698 (2008).</li><li>Wilkinson, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+strain+distributions+in+partially+relaxed+In0.2Ga0.8As+on+GaAs+using+electron+channelling+contrast+imaging.">Observation of strain distributions in partially relaxed In0.2Ga0.8As on GaAs using electron channelling contrast imaging.</a> Philos. Mag. Lett. 73 (6), 337-344 (1996).</li><li>Wilkinson, A. J., Anstis, G. R., Czernuszka, J. T., Long, N. J., Hirsch, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electron+Channeling+Contrast+Imaging+of+Interfacial+Defects+in+Strained+Silicon-Germanium+Layers+on+Silicon.">Electron Channeling Contrast Imaging of Interfacial Defects in Strained Silicon-Germanium Layers on Silicon.</a> Philos. Mag. A. 68 (1), 59-80 (1993).</li><li>Carnevale, S. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+misfit+dislocation+characterization+in+heteroepitaxial+III-V/Si+thin+films+by+electron+channeling+contrast+imaging.">Rapid misfit dislocation characterization in heteroepitaxial III-V/Si thin films by electron channeling contrast imaging.</a> Appl. Phys. Lett. 104 (23), 232111 (2014).</li><li>Kvam, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interactions+of+dislocations+and+antiphase+(inversion)+domain+boundaries+in+III&#8211;V/IV+heteroepitaxy.">Interactions of dislocations and antiphase (inversion) domain boundaries in III&#8211;V/IV heteroepitaxy.</a> J. Electron. Mater. 23 (10), 1021-1026 (1994).</li><li>Grassman, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+and+elimination+of+nucleation-related+defects+in+GaP/Si(001)+heteroepitaxy.">Control and elimination of nucleation-related defects in GaP/Si(001) heteroepitaxy.</a> Appl. Phys. Lett. 94 (23), 232106 (2009).</li><li>Grassman, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nucleation-related+defect-free+GaP/Si(100)+heteroepitaxy+via+metal-organic+chemical+vapor+deposition.">Nucleation-related defect-free GaP/Si(100) heteroepitaxy via metal-organic chemical vapor deposition.</a> Appl. Phys. Lett. 102 (14), 142102 (2013).</li><li>Volz, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GaP-nucleation+on+exact+Si(001)+substrates+for+III/V+device+integration.">GaP-nucleation on exact Si(001) substrates for III/V device integration.</a> J. Cryst. Growth. 315 (1), 37-47 (2011).</li><li>Beyer, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GaP+heteroepitaxy+on+Si(001):+Correlation+of+Si-surface+structure,+GaP+growth+conditions,+and+Si-III/V+interface+structure.">GaP heteroepitaxy on Si(001): Correlation of Si-surface structure, GaP growth conditions, and Si-III/V interface structure.</a> J. Appl. Phys. 111 (8), 083534 (2012).</li><li>Touloukian, Y. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Thermal Expansion: Nonmetallic Solids. , (1977).</li><li>Yamaguchi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dislocation+density+reduction+in+heteroepitaxial+III-V+compound+films+on+Si+substrates+for+optical+devices.">Dislocation density reduction in heteroepitaxial III-V compound films on Si substrates for optical devices.</a> J. Mater. Res. 6 (2), 376-384 (1991).</li><li>Nemanich Ware, R. J., Gray, J. L., Hull, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+a+nonorthogonal+pattern+of+misfit+dislocation+arrays+in+SiGe+epitaxy+on+high-index+Si+substrates.">Analysis of a nonorthogonal pattern of misfit dislocation arrays in SiGe epitaxy on high-index Si substrates.</a> J. Appl. Phys. 95 (1), 115-122 (2004).</li><li>Ghandhi Ayers, S. K., Schowalter, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystallographic+tilting+of+heteroepitaxial+layers.">Crystallographic tilting of heteroepitaxial layers.</a> J. Cryst. Growth. 113 (3-4), 430-440 (1991).</li><li>Yamane, T., Kawai, Y., Furukawa, H., Okada, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+of+low+defect+density+GaP+layers+on+Si+substrates+within+the+critical+thickness+by+optimized+shutter+sequence+and+post-growth+annealing.">Growth of low defect density GaP layers on Si substrates within the critical thickness by optimized shutter sequence and post-growth annealing.</a> J. Cryst. Growth. 312 (15), 2179-2184 (2010).</li><li>Jimbo Soga, T., Umeno, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dislocation+Generation+Mechanisms+For+GaP+On+Si+Grown+By+Metalorganic+Chemical-Vapor-Deposition.">Dislocation Generation Mechanisms For GaP On Si Grown By Metalorganic Chemical-Vapor-Deposition.</a> Appl. Phys. Lett. 63 (18), 2543-2545 (1993).</li><li>Weidner, A., Martin, S., Klemm, V., Martin, U., Biermann, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stacking+faults+in+high-alloyed+metastable+austenitic+cast+steel+observed+by+electron+channelling+contrast+imaging.">Stacking faults in high-alloyed metastable austenitic cast steel observed by electron channelling contrast imaging.</a> Scripta Mater. 64 (6), 513-516 (2011).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Une tension d&#39;accélération de 25 kV a été utilisé pour cette étude. La tension d&#39;accélération permettra de déterminer la profondeur de pénétration électronique de faisceau; avec tension d&#39;accélération plus élevée, il y aura signal de l&#39;ESB provenant de grandes profondeurs dans l&#39;échantillon. La tension d&#39;accélération élevée a été choisie pour ce système, car il permet une visibilité des dislocations qui sont loin de la surface de l&#39;échantillon, enfouis à l&#39;inter...

La caractérisation détaillée des défauts cristallins et microstructure est un aspect extrêmement important de matériaux semi-conducteurs et de la recherche de l&#39;appareil depuis ces défauts peuvent avoir un impact négatif significatif sur les performances de l&#39;appareil. Actuellement, la microscopie électronique à transmission (MET) est la technique la plus largement acceptée et utilisée pour la caractérisation détaillée des défauts étendus - dislocations, défauts d&#39;empilement, des jumeaux, des domaines d&#39;antiphase, etc. - car elle permet l&#39;imagerie directe d&#39;une grande variété de défauts avec une vaste résolution spatiale. Malheureusement, TEM est une approche fondamentalement faible débit en raison de longs délais de préparation des échantillons, qui peuvent conduire à des retards importants et des goulets d&#39;étranglement dans les cycles de recherche et développement. En outre, l&#39;intégrité de l&#39;échantillon, par exemple en termes de l&#39;état de déformation comme adulte, peut être modifié lors de la préparation de l&#39;échantillon, en laissant la possibilité pour des résultats falsifiés. Electron canalisation coimagerie ntrast (CEIC) est un complément, et dans certains cas potentiellement supérieur, technique pour TEM car il fournit une alternative, approche à haut débit pour imager les mêmes défauts étendus. Dans le cas des matériaux épitaxiés, les échantillons doivent peu ou pas de préparation, faisant CEIC beaucoup plus de temps efficace. De plus avantageux est le fait que ECCI nécessite seulement un microscope électronique à balayage à émission de champ (MEB) équipé d&#39;une pièce polaire annulaire norme électrons de rétrodiffusion (ESB) détecteur monté; la géométrie de la diffusion vers l&#39;avant peut également être utilisé, mais nécessite un équipement légèrement plus spécialisé ne sera pas abordé ici. Le signal CEIC est composé d&#39;électrons qui ont été inélastique sur l&#39;en-aller faisceau canalisé (électrons front d&#39;onde), et à travers plusieurs événements supplémentaires de diffusion inélastique, sont en mesure d&#39;échapper à la échantillon en arrière à travers la surface. 1 Semblable à deux faisceau TEM, il est possible de réaliser dans des conditions ECCI de diffraction spécifiques à la SEM par orienting l&#39;échantillon de sorte que les électrons incidents satisfait de faisceau une condition de Bragg cristallographique (c.-à canaliser), comme déterminé en utilisant à faible grossissement électronique canaliser modèles (PCU); 1,2 voir Figure 1 pour un exemple. Simplement, PCU fournir une représentation orientation spatiale du faisceau d&#39;électrons incident diffraction / canalisation. 3 lignes foncées résultant de faible signal de rétrodiffusion indiquent orientations faisceau échantillons où les conditions de Bragg sont remplies (c.-à-lignes de Kikuchi.,), Ce qui donne une forte canalisation, tandis que le régions brillantes indiquent une forte rétrodiffusion, des conditions non-diffraction. Contrairement aux modèles Kikuchi produites par diffraction d&#39;électrons rétrodiffusés (EPCA) ou TEM, qui sont formés par diffraction d&#39;électrons sortant, PCU sont le résultat de électron incident diffraction / canalisation. Dans la pratique, les conditions de diffraction pour ECCI contrôlées sont obtenues en ajustant l&#39;orientation de l&#39;échantillon, via inclinaison et / ou de rotation à faible grossissement, de sorte que la fonction de ECP représentant la condition de Bragg bien défini d&#39;intérêt - par exemple, un [400] ou [220] Kikuchi bande / ligne - coïncide avec l&#39;axe optique de la SEM . La transition vers un fort grossissement, puis, en raison de la restriction de la la plage angulaire du faisceau d&#39;électrons incident, sélectionne efficacement pour un signal ESB qui correspond idéalement seulement à la diffusion de la condition de diffraction choisi. De cette manière, il est possible d&#39;observer des défauts qui fournissent contraste de diffraction, par exemple des dislocations. De même que dans TEM, le contraste de l&#39;image présentée par de tels défauts est déterminé par les critères d&#39;invisibilité standard, g · (b x u) = 0 et g · b = 0, où g représente le vecteur de diffraction, b le vecteur de Burgers, et u la ligne de direction. Ce 4phénomène se produit parce que les électrons diffractés des avions déformés par le défaut contiendra des informations sur ledit défaut. A ce jour, principalement ECCI a été utilisé à des fonctions et des défauts d&#39;image ou à proximité de la surface de l&#39;échantillon pour de tels matériaux fonctionnels comme GaSb, 5 SrTiO 3, 5 GaN, SiC et 9.6. 10,11 Cette limitation est le résultat de la surface -sensible nature du signal CEIC elle-même, dans lequel l&#39;ESB qui composent le signal provient d&#39;une gamme de profondeur sur 10 - 100 nm. La contribution la plus importante de cette limite de résolution en profondeur est celui de l&#39;élargissement et de l&#39;amortissement de l&#39;en-aller front d&#39;onde des électrons (électrons canalisés), en fonction de la profondeur dans le cristal, en raison de la perte d&#39;électrons à des événements de diffusion, ce qui réduit la signal de l&#39;ESB potentiel maximum. 1 Néanmoins, un certain degré de résolution en profondeur a été rapporté dans les travaux antérieurs sur Si 1-x Ge x / Si etEn x Ga 1-x As / hétérostructures GaAs, 12,13, ainsi que plus récemment (et présentes) par les auteurs sur hétérostructures GaP / Si, 14 où CEIC a été utilisé pour l&#39;image dislocations de désadaptation enfouis à l&#39;interface hétéroépitaxiale treillis dépareillés au des profondeurs allant jusqu&#39;à 100 nm (avec des profondeurs supérieures susceptibles possibles). Pour le travail détaillé ici, CEIC est utilisée pour étudier GaP croissance épitaxiale sur Si (001), un système complexe d&#39;intégration de matériaux avec une application vers des domaines tels que l&#39;énergie photovoltaïque et de l&#39;optoélectronique. GAP / Si est d&#39;un intérêt particulier comme une voie potentielle pour l&#39;intégration des métamorphique semi-conducteurs III-V (treillis dépareillés) sur des substrats de silicium rentables. Pendant de nombreuses années, des efforts dans ce sens ont été en proie à la génération incontrôlée de grands nombres de hétérovalente nucléation défauts liés, y compris les domaines d&#39;antiphase, fautes d&#39;empilement, et micromacles. Ces défauts nuisent à la performance du dispositif, ESPEphotovoltaïque ciellement, en raison du fait qu&#39;ils peuvent être électriquement actif, agissant en tant que centres porteuse de recombinaison, et peuvent également entraver interfaciale glissement des dislocations, conduisant à des densités de dislocations. 15 Cependant, les récents efforts des auteurs et d&#39;autres ont conduit à la réussite du développement des processus épitaxiales qui peuvent produire GAP-sur-Si films libres de ces défauts de nucléation liés, 16-19 ouvrant ainsi la voie à la poursuite des progrès. Néanmoins, en raison de la petite, mais non négligeable, désaccord de maille entre Gap et Si (0,37% à la température ambiante), la génération de dislocations de désadaptation est inévitable, voire nécessaire pour produire des couches épitaxiées complètement détendu. GaP, avec sa structure à base de zinc-blende FCC, tend à donner 60 ° dislocations de type mixte (bord et vis) sur le système de glissement, qui sont glissile et peut soulager de grandes quantités de souche à travers de longues longueurs de glissement net. Complexité supplémentaire est également introduite par le décalage dansGaP et Si des coefficients de dilatation thermique, qui se traduit par un désaccord de maille augmentant lorsque la température augmente (par exemple., ≥ 0,5% inadapté à des températures de croissance typiques). 20 Du fait que les segments de dislocation de filetage qui constituent le reste de la boucle inadapté de dislocations (de même que l&#39;inadéquation interfaciale et la surface du cristal) sont bien connus pour leurs propriétés porteuse de recombinaisons non radiatives associées, et les performances de l&#39;appareil ainsi dégradée, 21 il est important de bien comprendre leur nature et l&#39;évolution de telle sorte que leurs numéros peuvent être minimisés. La caractérisation détaillée des dislocations de désadaptation interfaciale peut donc fournir une quantité importante d&#39;informations sur la dynamique de dislocation du système. Ici, nous décrivons le protocole d&#39;utilisation d&#39;une SEM d&#39;effectuer CEIC et fournir des exemples de ses capacités et ses forces. Une distinction importante ici est l&#39;utilisation de CEIC pour effectuer ty microstructuresation de la sorte généralement effectuée via TEM, alors que CEIC fournit les données équivalentes, mais dans un laps de temps beaucoup plus court en raison des besoins de préparation des échantillons réduits de manière significative; dans le cas des échantillons épitaxiales avec des surfaces relativement lisses, il n&#39;y a effectivement aucune préparation de l&#39;échantillon nécessaire à tous. L&#39;utilisation de CEIC pour la caractérisation générale des défauts et des dislocations de désadaptation est décrite, avec quelques exemples de défauts cristallins observés fournis. L&#39;impact des critères d&#39;invisibilité sur le contraste d&#39;imagerie observée d&#39;un réseau de dislocations de désadaptation interfaciaux est ensuite décrit. Elle est suivie par une démonstration de la façon dont CEIC peut être utilisé pour effectuer des modes importants de la caractérisation - dans ce cas, une étude pour déterminer l&#39;épaisseur de Gap-sur-Si essentiel pour la dislocation nucléation - fournir des données de TEM-like, mais à partir de la commodité d&#39;un SEM et dans le cadre de temps considérablement réduit.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Sirion Field Emission SEM</td>
			<td>FEI/Phillips</td>
			<td>516113</td>
			<td>Field emission SEM with beam voltage range of 200 V - 30 kV, equipped with a backscattered electron detector</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sample of Interest</td>
			<td>Internally produced</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Synthesized/grown in-house via MOCVD</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PELCO SEMClip</td>
			<td>Ted Pella, Inc.</td>
			<td>16119-10</td>
			<td>Reusable, non-adhesive SEM sample stub (adhesive attachment will also work)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

electron channeling contrast imaging for rapid iii-v heteroepitaxial characterization

Misfit dislocations in heteroepitaxial layers of GaP grown on Si(001) substrates are characterized through use of electron channeling contrast imaging (ECCI) in a scanning electron microscope (SEM). ECCI allows for imaging of defects and crystallographic features under specific diffraction conditions, similar to that possible via plan-view transmission electron microscopy (PV-TEM). A particular advantage of the ECCI technique is that it requires little to no sample preparation, and indeed can use large area, as-produced samples, making it a considerably higher throughput characterization method than TEM. Similar to TEM, different diffraction conditions can be obtained with ECCI by tilting and rotating the sample in the SEM. This capability enables the selective imaging of specific defects, such as misfit dislocations at the GaP/Si interface, with high contrast levels, which are determined by the standard invisibility criteria. An example application of this technique is described wherein ECCI imaging is used to determine the critical thickness for dislocation nucleation for GaP-on-Si by imaging a range of samples with various GaP epilayer thicknesses. Examples of ECCI micrographs of additional defect types, including threading dislocations and a stacking fault, are provided as demonstration of its broad, TEM-like applicability. Ultimately, the combination of TEM-like capabilities &#8211; high spatial resolution and richness of microstructural data &#8211; with the convenience and speed of SEM, position ECCI as a powerful tool for the rapid characterization of crystalline materials.

L&#39;écart / échantillons Si pour cette étude ont été cultivées par dépôt chimique en phase vapeur organométallique (MOCVD) dans un Aixtron 3 × 2 monobloc réacteur de douche suite du processus hétéroépitaxiale les auteurs précédemment rapporté. 17 Tous les croissances ont été réalisées sur 4 pouces Si ( 001) substrats avec désorientation intentionnel (de offcut) de 6 ° vers [110]. Tous imagerie CEIC a été effectuée sur des échantillons comme cultivés sans autre préparation de l&#...

Watch this Scientific Journal Video about Electron Channeling Contrast Imaging for Rapid III-V Heteroepitaxial Characterization at JoVE.com

Electron Channeling Contrast Imaging for Rapid III-V Heteroepitaxial Characterization

The use of electron channeling contrast imaging in a scanning electron microscope to characterize defects in III-V/Si heteroexpitaxial thin films is described. This method yields similar results to plan-view transmission electron microscopy, but in significantly less time due to lack of required sample preparation.

Electron Canalisation imagerie de contraste pour Rapid III-V hétéroépitaxiale Caractérisation

Misfit dislocations in heteroepitaxial layers of GaP grown on Si(001) substrates are characterized through use of electron channeling contrast imaging ...

electron-channeling-contrast-imaging-for-rapid-iii-v-heteroepitaxial

Research

JoVE Journal

Engineering

10.9K vues.  The Ohio State University. The use of electron channeling contrast imaging in a scanning electron microscope to characterize defects in III-V/Si heteroexpitaxial thin films is described. This method yields similar results to plan-view transmission electron microscopy, but in significantly less time due to lack of required sample preparation.

Vidéo: Electron Channeling Contrast Imaging for Rapid III-V Heteroepitaxial Characterization

Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold molecular beams. However, these beams often contain multiple conformers and clusters, even at low rotational temperatures. We present an experimental methodology that allows the spatial separation of these constituent parts of a molecular beam expansion. Using an electric deflector the beam is separated by its mass-to-dipole moment ratio, analogous to a bender or an electric sector mass spectrometer spatially dispersing charged molecules on the basis of their mass-to-charge ratio. This deflector exploits the Stark effect in an inhomogeneous electric field and allows the separation of individual species of polar neutral molecules and clusters. It furthermore allows the selection of the coldest part of a molecular beam, as low-energy rotational quantum states generally experience the largest deflection. Different structural isomers (conformers) of a species can be separated due to the different arrangement of functional groups, which leads to distinct dipole moments. These are exploited by the electrostatic deflector for the production of a conformationally pure sample from a molecular beam. Similarly, specific cluster stoichiometries can be selected, as the mass and dipole moment of a given cluster depends on the degree of solvation around the parent molecule. This allows experiments on specific cluster sizes and structures, enabling the systematic study of solvation of neutral molecules.

We present a technique that allows the spatial separation of different conformers or clusters present in a molecular beam. An electrostatic deflector is used to separate species by their mass-to-dipole moment ratio, leading to the production of gas-phase ensembles of a single conformer or cluster stoichiometry.

Séparation spatiale des conformateurs moléculaires et des amas

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold ...

Recherche

Ingénierie

Silicon Metal-oxide-semiconductor Quantum Dots for Single-electron Pumping

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by quantum mechanical effects such as tunneling through single dopants, scattering via interface defects, and discrete trap charge states. However, progress in silicon technology has shown that these phenomena can be harnessed and exploited for a new class of quantum-based electronics. Among others, multi-layer-gated silicon metal-oxide-semiconductor (MOS) technology can be used to control single charge or spin confined in electrostatically-defined quantum dots (QD). These QD-based devices are an excellent platform for quantum computing applications and, recently, it has been demonstrated that they can also be used as single-electron pumps, which are accurate sources of quantized current for metrological purposes. Here, we discuss in detail the fabrication protocol for silicon MOS QDs which is relevant to both quantum computing and quantum metrology applications. Moreover, we describe characterization methods to test the integrity of the devices after fabrication. Finally, we give a brief description of the measurement set-up used for charge pumping experiments and show representative results of electric current quantization.

The fabrication process and experimental characterization techniques relevant to single-electron pumps based on silicon metal-oxide-semiconductor quantum dots are discussed.

Silicium métal-oxyde-semiconducteur Quantum Dots pour le pompage mono-électronique

As mass-produced silicon transistors have reached the nano-scale, their behavior and performances are increasingly affected, and often deteriorated, by ...

Fabrication of High Contrast Gratings for the Spectrum Splitting Dispersive Element in a Concentrated Photovoltaic System

High contrast gratings are designed and fabricated and its application is proposed in a parallel spectrum splitting dispersive element that can improve the solar conversion efficiency of a concentrated photovoltaic system. The proposed system will also lower the solar cell cost in the concentrated photovoltaic system by replacing the expensive tandem solar cells with the cost-effective single junction solar cells. The structures and the parameters of high contrast gratings for the dispersive elements were numerically optimized. The large-area fabrication of high contrast gratings was experimentally demonstrated using nanoimprint lithography and dry etching. The quality of grating material and the performance of the fabricated device were both experimentally characterized. By analyzing the measurement results, the possible side effects from the fabrication processes are discussed and several methods that have the potential to improve the fabrication processes are proposed, which can help to increase the optical efficiency of the fabricated devices.

The fabrication of high contrast gratings as the parallel spectrum splitting dispersive element in a concentrated photovoltaic system is demonstrated. Fabrication processes including nanoimprint lithography, TiO2 sputtering and reactive ion etching are described. Reflectance measurement results are used to characterize the optical performance.

Fabrication de réseaux de contraste élevé pour le fractionnement du spectre dispersif élément d&#39;un système photovoltaïque à concentration

High contrast gratings are designed and fabricated and its application is proposed in a parallel spectrum splitting dispersive element that can improve ...

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due to fundamental constraints imposed by the hyperpolarized state, exotic imaging and reconstruction techniques are commonly used. A practical system for characterization of dynamic, multi-spectral imaging methods is critically needed. Such a system must reproducibly recapitulate the relevant chemical dynamics of normal and pathological tissues. The most widely utilized substrate to date is hyperpolarized [1-13C]-pyruvate for assessment of cancer metabolism. We describe an enzyme-based phantom system that mediates the conversion of pyruvate to lactate. The reaction is initiated by injection of the hyperpolarized agent into multiple chambers within the phantom, each of which contains varying concentrations of reagents that control the reaction rate. Multiple compartments are necessary to ensure that imaging sequences faithfully capture the spatial and metabolic heterogeneity of tissue. This system will aid the development and validation of advanced imaging strategies by providing chemical dynamics that are not available from conventional phantoms, as well as control and reproducibility that is not possible in vivo.

A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.

Utilisation d&#39;un multi-compartiment dynamique unique Enzyme Phantom pour les études de hyperpolarisé Agents de résonance magnétique

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

Comprehensive Characterization of Extended Defects in Semiconductor Materials by a Scanning Electron Microscope

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications of semiconductor materials. However, it is still under debate how the defect structure determines the band structure, and therefore, the recombination behavior of electron-hole pairs responsible for the optical and electrical properties of the extended defects. The present paper is a survey of procedures for the spatially resolved investigation of structural and of physical properties of extended defects in semiconductor materials with a scanning electron microscope (SEM). Representative examples are given for crystalline silicon. The luminescence behavior of extended defects can be investigated by cathodoluminescence (CL) measurements. They are particularly valuable because spectrally and spatially resolved information can be obtained simultaneously. For silicon, with an indirect electronic band structure, CL measurements should be carried out at low temperatures down to 5 K due to the low fraction of radiative recombination processes in comparison to non-radiative transitions at room temperature. For the study of the electrical properties of extended defects, the electron beam induced current (EBIC) technique can be applied. The EBIC image reflects the local distribution of defects due to the increased charge-carrier recombination in their vicinity. The procedure for EBIC investigations is described for measurements at room temperature and at low temperatures. Internal strain fields arising from extended defects can be determined quantitatively by cross-correlation electron backscatter diffraction (ccEBSD). This method is challenging because of the necessary preparation of the sample surface and because of the quality of the diffraction patterns which are recorded during the mapping of the sample. The spatial resolution of the three experimental techniques is compared.

The optical, electrical, and structural properties of dislocations and of grain boundaries in semiconductor materials can be determined by experiments performed in a scanning electron microscope. Electron microscopy has been used to investigate cathodoluminescence, electron beam induced current, and diffraction of backscattered electrons.

Caractérisation complète des défauts étendus dans les matériaux semi-conducteurs par un microscope électronique à balayage

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications ...

Characterization of Anisotropic Leaky Mode Modulators for Holovideo

Holovideo displays are based on light-bending spatial light modulators. One such spatial light modulator is the anisotropic leaky mode modulator. This modulator is particularly well suited for holographic video experimentation as it is relatively simple and inexpensive to fabricate1-3. Some additional advantages of leaky mode devices include: large aggregate bandwidth, polarization separation of signal light from noise, large angular deflection and frequency control of color1. In order to realize these advantages, it is necessary to be able to adequately characterize these devices as their operation is strongly dependent on waveguide and transducer parameters4. To characterize the modulators, the authors use a commercial prism coupler as well as a custom characterization apparatus to identify guided modes, calculate waveguide thickness and finally to map the device's frequency input and angular output of leaky mode modulators. This work gives a detailed description of the measurement and characterization of leaky mode modulators suitable for full-color holographic video.

This work describes fabrication and characterization of anisotropic leaky mode modulators for holographic video.

Caractérisation des anisotropes Leaky mode Modulateurs pour Holovideo

Holovideo displays are based on light-bending spatial light modulators.  One such spatial light modulator is the anisotropic leaky mode modulator.  This ...

Electrochemical Etching and Characterization of Sharp Field Emission Points for Electron Impact Ionization

A new variation of the drop-off method for fabricating field emission points by electrochemically etching tungsten rods in a NaOH solution is described. The results of studies in which the etching current and the molarity of the NaOH solution used in the etching process were varied are presented. The investigation of the geometry of the tips, by imaging them with a scanning electron microscope, and by operating them in field emission mode is also described. The field emission tips produced are intended to be used as an electron beam source for ion production via electron impact ionization of background gas or vapor in Penning trap mass spectrometry applications.

A method for electrochemically etching field emission tips is presented. Etching parameters are characterized and the operation of the tips in field emission mode is investigated.

Electrochemical Eau-forte et caractérisation des points de Sharp émission de champ pour ionisation par impact électronique

A new variation of the drop-off method for fabricating field emission points by electrochemically etching tungsten rods in a NaOH solution is described. ...

Single-Digit Nanometer Electron-Beam Lithography with an Aberration-Corrected Scanning Transmission Electron Microscope

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by employing an aberration-corrected scanning transmission electron microscope as the exposure tool. Here, we present results of single-digit nanometer patterning of two widely used electron-beam resists: poly (methyl methacrylate) and hydrogen silsesquioxane. The method achieves sub-5 nanometer features in poly (methyl methacrylate) and sub-10 nanometer resolution in hydrogen silsesquioxane. High-fidelity transfer of these patterns into target materials of choice can be performed using metal lift-off, plasma etch, and resist infiltration with organometallics.

We use an aberration-corrected scanning transmission electron microscope to define single-digit nanometer patterns in two widely-used electron-beam resists: poly (methyl methacrylate) and hydrogen silsesquioxane. Resist patterns can be replicated in target materials of choice with single-digit nanometer fidelity using liftoff, plasma etching, and resist infiltration by organometallics.

Lithographie de faisceau d’électrons à un seul chiffre nanomètre avec une correction de l’Aberration Transmission Microscope électronique à balayage

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by ...

A Rapid Method for Modeling a Variable Cycle Engine

The variable cycle engines (VCE) that combine the advantages of turbofan and turbojet engines, are widely considered to be the next generation aircraft engines. However, developing VCE requires high costs. Thus, it is essential to build a mathematical model when developing an aircraft engine, which may avoid a large number of real tests and reduce the cost dramatically. Modeling is also crucial in control law development. In this article, based on a graphical simulation environment, a rapid method for modeling a double bypass variable cycle engine using object-oriented modeling technology and modular hierarchical architecture is described. Firstly, the mathematical model of each component is built based on the thermodynamic calculation. Then, a hierarchical engine model is built via the combination of each component mathematical model and the N-R solver module. Finally, the static and dynamic simulations are carried out in the model and the simulation results prove the effectiveness of the modeling method. The VCE model built through this method has the advantages of clear structure and real-time observation.

Here, we present a protocol to build a component-level mathematical model for a variable cycle engine.

Une méthode rapide pour modéliser un moteur à cycle variable

The variable cycle engines (VCE) that combine the advantages of turbofan and turbojet engines, are widely considered to be the next generation aircraft ...

Method Development for Contactless Resonant Cavity Dielectric Spectroscopic Studies of Cellulosic Paper

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of data that can be obtained from an individual sample and renders it difficult to produce statistically relevant data for unique and rare materials. Resonant cavity dielectric spectroscopy is a non-destructive, contactless technique which can simultaneously interrogate both sides of a sheeted material and provide measurements which are suitable for statistical interpretations. This offers analysts the ability to quickly discriminate between sheeted materials based on composition and storage history. In this methodology article, we demonstrate how contactless resonant cavity dielectric spectroscopy may be used to differentiate between paper analytes of varying fiber species compositions, to determine the relative age of the paper, and to detect and quantify the amount of post-consumer waste (PCW) recycled fiber content in manufactured office paper.

A protocol for the non-destructive analysis of the fiber content and relative age of paper.

Développement de méthodes pour les études spectroscopiques diélectriques de cavité séroélectrique sans contact de papier cellulosique

The current analytical techniques for characterizing printing and graphic arts substrates are largely ex situ and destructive. This limits the amount of ...