基于gan的led和电力电子目前是一个非常活跃的研究、开发和生产领域。虽然准确和可重复的衬底温度测量对于改进过程控制和最终更好的器件性能是必不可少的，但目前的技术不足以准确和可重复的硅片温度测量。所有形式的高温测量，包括发射校正高温计(ECPs)，都依赖于测量样品黑体辐射的技术，这种辐射发生在GaN和SiC材料透明的波长，由于它们的大带隙。亚博网站下载因此，目前所有的温度测量都是基于样品背后的加热器或感受器(MOCVD中)的辐射，而不是直接测量样品本身的温度。 KSA强盗系统的关键优势之一是它测量晶片的基本材料，即温度依赖的带隙。该测量通过监测材料的吸收边缘并且不依赖性而不是强度，如热烈计读数。在沉积在蓝宝石上的GaN的情况下，KSA强盗测量GaN膜本身的温度，而不是基座，加热器或基板的温度。（蓝宝石是绝缘体并且没有带隙。）由于SiC是具有与GaN类似的带隙的半导体，因此在使用SiC作为用于GaN的膜的基板时可以使用相同的硬件。因此，测量不通过改变视图端口传输，杂散IR源，改变反应堆发射率等的影响。此外，现在从未在测量由于气流对流或衬底弯曲引起的温度变化之前，产生了一种测量GaN ePIWafers真正温度的新方法。 
乐队边缘技术kSA BandiT是一种非接触、非侵入、实时、绝对的晶圆温度传感器，利用半导体材料的温度依赖吸收边缘来确定衬底温度。亚博网站下载吸收边位置与材料的能带隙能量直接相关，而能带隙能量又与温度有关。虽然对于大多数感兴趣的材料，经验和理论方程都存在带隙依赖于温度的情况，但在实践中，这些方程不考虑掺杂效应、散射和仪器响应。亚博网站下载因此，生成实验校准曲线或查找表将测量的吸收边缘波长映射到先前校准的温度值会更加精确。k-Space开发了一种经验方法，利用直接安装在样品上的校准热电偶校准特定晶片的带边温度依赖关系(图1)。使用BandiT系统的后续温度测量是基于这种温度与带边的直接关系。 
图1。KSA Bainit校准用于GaN。 腔室安装选项KSA强盗可以用两种模式操作： 1。反射方式:(如图2所示)宽带光源与BandiT探测器以非镜面角度安装。这种配置用于监测传统材料，需要通过定制的光谱仪在较短波长(如GaN、SiC、ZnO)进行带边与温度亚博网站下载检测。双端口和单端口的选择可适用于大多数商业MBE和MOCVD反应器。 2。传输模式:衬底加热器作为光源，用于覆盖红外光谱范围(即GaAs, InP，和Si)的带边与温度应用。不需要二次光源。 
图2。KSA强盗双端口反射模式配置。 GaN使用条件kSA BandiT在短波长的响应是非线性的，这意味着光源输出功率较低，光谱仪在最短波长(380-520 nm)的灵敏度较低。为了解决这个问题，必须将仪器的响应分离出信号，以看到一个清晰的吸收边缘。这是通过取一个室温参考光谱，将灯设置为功率水平，将在随后的温度监测中使用。然后将从样品中获得的光谱除以参考光谱，以获得吸收边缘位置。经过参考划分和后续处理后，吸收边缘清晰可见(图3)。系统现在可以进行GaN膜温度监测了。 
图3。加工MOCVD GAN光谱。 GaN BandiT MOCVD配置GaN强盗系统安装在Aixtron G2 MOCVD反应器上，修饰用于GaN生长（图4）。设计光源和检测器以便于将在晶片表面的正常入射处安装到单个1.33“CF或类似的视口上。所使用的光源是改进的液体光导装置，使得宽带光与生长表面的优异耦合能够实现。由于单侧抛光的蓝宝石基板（SSP）的粗糙背面（SSP）和靠近晶片表面，存在强大的漫射信号进行分析。得到的带边缘信号不受系统内晶片的行星旋转的影响。 
图4。MOCVD GAN BANDIT配置。 MOCVD增长结果为了评估kSA BandiT对MOCVD生长的影响，该系统在光学器件生长过程中遇到的各种条件下进行了测试(即HBLEDs和激光二极管)。这包括生长温度、GaN和InGaN沉积以及随后对单个晶圆温度信息的分析。 测试的爱思强G2 MOCVD反应器在感受器上有9个晶圆位置，通常以6-10转/分钟的速度旋转。G2的特点是气体箔旋转，所以每个晶片通过其夹持袋快速旋转，而整个电纳的旋转速度较慢。kSA GaN BandiT能够在旋转过程中从空间上解析所有晶圆的温度。所得数据表明，气体箔的旋转对BandiT绝对温度测量没有影响。这个结果是意料之中的，因为漫反射法对角度变化不敏感，特别是在SSP衬底上。 图5显示了温度斜坡期间的强盗数据。请注意，数据中的表观噪声根本不是噪音，而是晶片之间的温度变化（见插图）。这里所采取的数据显示了每个晶片大约12的温度测量，产生空间分辨的温度测量。注意，图5中所示的温度分布在比此处所示的时间尺度更长的时间尺度是可重复的。 
图5。MOCVD温度斜坡和稳定与多晶片温度检测。 为了更接近地观察效果，从带状软件中提取单个晶片温度数据，以产生空间分辨的温度信息。在旋转期间拍摄数据，用于恒定热电偶（TC）和950℃的热测定温度。强盗系统被配置为在6 rpm下每晶片进行12次测量。虽然用Tc和高温计测量恒定温度，但图6显示了从边缘（10度更热）到中心的透明热梯度（冷却器，局部热点）。这些结果最有可能来自基板和基座之间的物理接触变化。强盗能够处理数据并抛弃来自压板的信号或从压板内的空位置，仅产生来自晶片的温度数据，这不受晶片或基座位置的机械“行走”的影响。 
图6。3“在MOCVD行星旋转期间空间分辨的晶片表面温度。 由于IngaN具有比GaN的较小带隙（预期吸收GaN信号），因此生长1000埃以验证继续遵守温度测量所需的强带边缘信号。图7中的数据在沉积期间没有在沉积期间的温度变化，这是由于与GaN层相比没有从IngaN层中没有额外的IR吸收而预期的。这里所示的数据是显示相同温度曲线的更长数据集的子集。沉积了总共1000埃。注意，在InGaN层的沉积期间，原始强盗光谱信号在沉积期间（由于从较小的带隙覆盖器的吸收），但由于计算不依赖于信号电平而不会影响强度测定的强度测定。有趣的是，在IngaN沉积期间，KSA强盗实际上测量了晶片表面Vs的轻微温度升高。通过高温计读取的降低，这与预期结果与来自高温计的错误读数是一致的。 
图7。1000Å翅晶甘翅甘油甘草甘草。晶片屈服振荡的温度梯度。 最后，提取温度数据两种单独的晶片以说明如何在生产MOCVD系统中使用强盗（参见图8）。由于强盗能够光学地解析多件温度，因此可以测量，分类，输出晶片上任何点的单个晶片温度，并输出到适当的控制系统。 
图8。在电纳上提取两片独立晶片的晶圆中心点温度。 MBE增长的结果GaN BandiT系统在配备射频氮等离子体源和固体源灌注细胞的Veeco GEN 200 MBE反应堆上进行了测试。标准光源安装在2.75”的视口上，以正射向衬底，探测器安装在2.75”的视口上，相对于衬底的正射角为~ 18°，如图9所示。将该系统与GaN一起使用后，收集了蓝宝石和SiC基板上GaN的数据。 
图9。土匪安装在Veeco GEN200 MBE上。 50C斜坡段的典型数据如图10所示。请注意，虽然在每个平台上的TC读数是稳定的，但实际样品温度在浸泡时间中下降。 
图10。在50ºC斜坡上的MBE GaN温度测量。 在GaN沉积过程中获得BandiT数据，以确定镓源和RF氮等离子体源对温度测量的影响。图11显示了GaN模板生长前的温度斜坡，然后冷却，最后在2395秒的时候开始沉积。生长开始时的温度数据没有差异。还需要注意的是，在氮气等离子体打开之前，纯镓的初始生长时间为5秒，以确保表面湿润，以便随后的化学计量氮化镓可以生长。这种初始的镓润湿也不会影响BandiT测量。在沉积过程中监测2.3小时的温度，大约相当于1.2µm的附加GaN薄膜。我们没有看到明显的温度变化，这表明吸收没有因为添加GaN材料而发生明显的变化。 
图11。GaN沉积，温度信号没有变化。 对于那些使用SiC晶片用于GaN MBE的人，我们还通过金属背涂层评估双面抛光的6H SiC基板。DSP表面充当镜子，反映了大部分入射光。然而，通过使用相同的参考方法除以背景，观察到通过SiC衬底本身直接温度测量的清晰带边缘（参见图12）。由于SiC的带隙类似于GaN的隙，因此可以使用相同的强盗系统硬件。 
图12。DSP 6H强盗吸收光谱。 概括本研究展示了一种新的GaN晶圆表面温度测量能力，用于MBE和MOCVD的kSA BandiT系统。以前从来没有一种技术能够实时测量氮化镓表面的温度变化。这种方法产生了一种优于任何其他形式的蓝宝石或SiC衬底上GaN薄膜的温度监测方法。此外，由于BandiT不受改变视图端口传输、杂散红外源或反应堆发射率的影响，因此它为当今GaN基器件的生产提供了一个很好的应用案例。 |