化合物半导体的高分辨率X射线衍射（HR-XRD）测量

高分辨XRD（HR-XRD）是一种常见的测量化合物半导体（如SiGe，AlGaAs，InGaAs等）的成分和厚度的方法。

当掺杂剂或杂质以置换的方式添加到单晶晶格中时，晶格将因掺杂原子的存在而发生应变。例如，在Si晶格中，Ge原子的存在会导致压缩应变，因为Ge原子体积大于晶格中的Si原子。该应变改变了Si晶格的间距，而这种间距差异可以被HR-XRD检测到。

图1：压缩应变下通用结构的理论HR-XRD扫描，例如在Si衬底上的10nm SiGe层。0度处的尖峰来自衬底中的Si晶格。

较大的Ge原子的存在导致SiGe层中的Si原子间隔更远，使衍射峰移动到较低的角度（在衬底峰的左侧）。由于10nm SiGe层较薄，SiGe层的衍射峰比Si衬底的衍射峰宽得多。

在这种薄膜中，只有几行具有一定排列的原子可用于产生衍射信号，与来自Si衬底的衍射相比，X射线衍射峰较宽，因为衬底中有数千行可用于产生衍射信号的原子序列。如果结构处于拉伸应变下，则Si原子的间距将比衬底中的Si原子更紧密，并且对应的衍射峰将向衬底峰的右侧移动。谱图中额外的峰，称为“厚度条纹”，来自被SiGe层和Si基底之间界面所反射的X射线的增强干涉。这与用于X射线反射率（XRR）分析的信号相同，可用于确定应变层的厚度。

该方法可用于确定应变层的成分组成。图2显示了两个样品的理论HR-XRD扫描，在Si衬底上由30nm的Si生长在14nm的SiGe上。在第一种情况下，晶格中有6%的Ge，而在另一种情况下，有10%的Ge。HR-XRD可以轻松分辨这两种结构之间的差异，并根据厚度条纹确定层的厚度。

此外，先进的建模技术可以对结构特征进行准确描述，例如具有渐变结构的SiGe层。HR-XRD可以测量多种外延材料，例如AlGaAs，InGaAs，InGaN等。通常，XRD测定这些薄膜层组成的精度可以在1%以内。但是，应该注意的是，HR-XRD假设所有掺杂原子都存在于晶格中。

如果掺杂剂或杂质存在于晶格外，那么HR-XRD将无法检测到它们，因为它们对晶格间距没有影响。此外，HR-XRD并不能识别掺杂剂的具体元素成分，因此仅用于测量已知结构，而不能识别这些结构中的未知成分。

（文章来源于网络）