掃描電子顯微鏡-電子通道對比成像（SEM-ECCI）是在掃描電子顯微鏡下直接表征晶體材料內部缺陷的技術。SEM-ECCI技術的發展已經取代了透射電子顯微鏡（TEM）在缺陷表征領域的部分功能。與TEM分析相比，它提供了更高的吞吐量、更快的效率分析解決方案，并且具有更強的統計意義。

于該技術成像效率高，制樣過程簡單、無損，近年來在金屬材料、化合物半導體等領域取得了很大的發展，也受到了越來越多的關注。

氮化鎵異質結中穿線和失配位錯的電子通道襯度成像分析。

異質外延生長的GaN/AlGaN薄膜材料廣泛應用于光子學、電力電子學和微波射頻器件中。隨著GaN器件的小型化，其薄膜材料中位錯缺陷的種類、面密度和分布已嚴重限制了器件的性能和可靠性。如何在不破壞薄膜材料的前提下精確表征GaN和GaN/AlGaN異質結中的位錯缺陷仍是一個很大的挑戰。

中國科學院蘇州納米研究所研究員范士釗，等基于蔡司場發射掃描電子顯微鏡溝道對比成像技術（ECCI）成功地分析了邊緣位錯、螺旋位錯和混合位錯的表面密度，并首次在GaN/AlGaN異質結中觀察到。脫臼半環和位錯滑移現象。

研究人員使用蔡司場發射掃描電子顯微鏡獲得了GaN薄膜材料的菊池圖案（圖1）。通過系統地分析菊池晶帶與垂直晶面和傾斜晶面的對應關系，準確地選擇布拉格衍射條件，并將其用于位錯通道襯度成像。

▲ （a）GaN薄膜的菊池花樣及由電子束衍射的運動學理論計算得出的（b）垂直晶面和（c）傾斜晶面的菊池晶帶分布圖

通過比較不同雙光束衍射條件下同一區域內位錯對比度演化規律，將消光判據和位錯對比度分布方向判據相結合，實現了位錯Burgers矢量的確定（圖2）。此外，通過分析基于電子通道襯度技術直接獲得的位錯類型比例和基于X射線衍射方法間接獲得的位錯類型比例，確定了電子通道襯度成像技術在分析混合位錯方面的獨特優勢。

▲ 圖2.同一區域GaN薄膜在不同雙束衍射條件下的通道襯度成像及位錯類型判定

最后，利用電子通道對比度成像技術對GaN/AlGaN異質結界面進行了直接測試，首次觀察到位錯半環，發現大量混合位錯在界面處彎曲形成錯位位錯(圖3)。通過分析位錯彎曲的晶體學方向，發現在界面處存在位錯滑移現象，為GaN器件的失效機理拓展了新的研究方向。

▲ 圖3. GaN/AlGaN異質結的通道襯度成像及位錯滑移體系的判定

審核編輯 黃宇