[发明专利]半导体材料的阴极荧光成像测试方法

说明书

本发明公开了一种半导体材料的阴极荧光成像测试方法，其包括：制备待测的半导体材料样品；应用聚焦离子束切割工艺对所述半导体材料样品进行切割，形成厚度为纳米尺寸量级的测试样品；在具有阴极荧光光谱仪的扫描电子显微镜中对所述测试样品进行阴极荧光成像测试。本发明将待测样品切割为厚度为纳米尺寸量级的测试样品(透射电子显微镜(TEM)超薄样品)在扫描电子显微镜(SEM)中进行阴极荧光成像测试，可以提升使用SEM设备进行阴极荧光成像的空间分辨率。

技术领域

本发明涉及半导体材料测试技术领域，尤其涉及一种半导体材料的阴极荧光成像测试方法。

背景技术

高能入射的电子束与待测材料的样品相互作用时，会从样品中激发产生多种信号，例如二次电子、背散射电子、X-射线、阴极荧光(Cathodoluminescence，CL)等。所谓阴极荧光，是由于电子束轰击待测材料而产生的光辐射，此过程为电子束轰击使材料价带的电子跃迁到导带成为激发态，电子重新回到价带上发生复合，并伴随着光子的辐射，称之为阴极荧光。此技术是通过研究物质材料发光性质，进而来表征材料的结构组成、缺陷一种的技术，目前已经应用到很多领域，比如说纳米光子学、物质科学、地质学等。

早期的CL成像技术是与扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)结合，构成SEM-CL成像系统，参见“Muir M D,Grant P R(1974)Ch.9-Cathodoluminescence.In:Holt D B,et al.(eds.),Quantitative ScanningElectronMicroscopy,(Academic Press,NewYork)”。SEM-CL成像系统的空间分辨率主要受三个因素影响，电子束束斑大小，电子-空穴产生的区域及载流子扩散范围。目前，SEM-CL成像系统所使用的待测样品通常采用块状样品，其尺寸较大(通常是毫米尺寸量级以上)，在进行成像测试时，块状样品中载流子的产生范围及扩散长度都比较大，因此SEM-CL成像系统的空间分辨率较小。对于SEM-CL成像系统，可以通过减小电子束的加速电压(通常设置为0.5～5kV)来提高空间分辨率，但是这种方式对分辨率的提高也是有限的，并且减小电子束的加速电压会降低成像的品质。

目前，为了提高CL成像的空间分辨率并且获得高品质的光谱图像，已发展出将CL成像技术是与透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope，TEM)结合，构成TEM-CL成像系统，参见“Sekiguchi T(1999)Development oflow energy cathodoluminescencesystem and its application to the study ofZnO powders.MRS Proc.588:75”。TEM-CL成像系统主要是使用超薄的样品来减小载流子的产生范围及扩散长度，并且由于样品很薄，电子束的加速电压越大越有利于提高样品空间分辨率，由此TEM-CL成像系统提高了CL成像的空间分辨率。TEM-CL成像系统存在的问题主要是：一方面是TEM-CL系统更为复杂、技术难度大，其设备昂贵导致成本增加而未被普遍接受；另一方面是TEM设备的电子束的加速电压过大(通常设置为80～300kV)，有可能会导致待测样品受损。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供了一种半导体材料的阴极荧光成像测试方法，以提升使用SEM-CL成像系统进行阴极荧光成像的空间分辨率，并且相比于TEM-CL成像系统又降低了成本。

为了达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种半导体材料的阴极荧光成像测试方法，其包括：

制备待测的半导体材料样品；

应用聚焦离子束切割工艺对所述半导体材料样品进行切割，形成厚度为纳米尺寸量级的测试样品；

在具有阴极荧光光谱仪的扫描电子显微镜中对所述测试样品进行阴极荧光成像测试。