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Tecniche avanzate di microscopia e olografia elettronica applicate allo studio di giunzioni p-n e nanoparticelle

By G. Pozzi

Abstract

L'olografia elettronica \ue8 una nuova tecnica di microscopia elettronica, che solo recentemente ha raggiunto la fase di realizzazione pratica, grazie allo sviluppo di cannoni elettronici ad alta brillanza e coerenza, come quelli con sorgente ad emissione di campo (FEG) ed alla introduzione di un interferometro elettronico, come il biprisma elettronico di Moellenstedt-Dueker. Rispetto ai metodi standard a contrasto di fase tipici della microscopia elettronica, l'olografia permette di estrarre informazioni quantitative dagli elettroni diffusi elasticamente con una sensibilita' maggiorata, grazie a metodi che non hanno analoghi in tutta la microscopia elettronica. Inoltre, gli stessi progressi tecnologici che hanno stimolato la ripresa dell'olografia elettronica, hanno contribuito anche allo sviluppo di nuove tecnologie e metodologie in microscopia, come il microscopio in scansione a trasmissione (STEM) e le tecniche ad esso collegate. Tra queste, la tecnica chiamata contrasto-Z (Z-contrast), resa possibile dall'introduzione di rivelatori anulari ad alto angolo (HAAD, high angle annular detectors), permette non solo la visualizzazione delle singole colonne atomiche con risoluzione subnanometrica, ma persino la determinazione del corrispondente numero atomico. Risultano pertanto possibili analisi chimiche e strutturali a livello atomico. Recentemente uno strumento della nuova generazione equipaggiato con sorgente ad emissione di campo, un TECNAI F20, e' stato installato nell'istituto LAMEL. La proposta e' di implementare questo strumento con un biprisma elettronico e un rivelatore anulare ad alto angolo in modo da poter applicare queste nuove e potenti tecniche a problemi di interesse applicativo e fondamentale come, ad esempio, la mappatura della topografia dei campi elettrostatici nelle giunzioni p-n polarizzate inversamente (la comprensione delle quali rappresenta un punto cruciale verso la tecnologia di integrazione a larga scala (ULSI) dei dispositivi a semiconduttori) e la struttura di nanoparticelle, dove entrambe le tecniche sopracitate possono essere utilizzate con profitto per la determinazione della forma tridimensionale dell'oggetto (olografia) e della disposizione atomica (Z-contrast). Pi\uf9 precisamente, l'attivit\ue0 di ricerca all'Istituto LAMEL si articoler\ue0 sui sequenti argomenti. Sviluppo di metodi Monte Carlo di simulazione dell'interazione elettrone materia, gi\ue0 applicati alla determinazione del contrasto Z con elettroni retrodiffusi, applicati allo scattering in avanti ad alto angolo per simulazione di immagini STEM. Preparazione di campioni sottili per osservazioni olografiche e STEM. E' questo un punto estremamente critico giacch\ue8 solo un controllo estremamente accurato dello spessore e della sua uniformit\ue0 pu\uf2 consentire l'interpretazione corretta dei dati sperimentali. Acquisizione di ologrammi e di immagini in contrasto Z di nanoparticelle. Interpretazione delle immagini anche sulla base di metodi da "first principles" che consentono di avere informazioni sull'indice di rifrazione elettro-ottico. Realizzazione di un portaoggetti per la polarizzazione "in situ" di giunzioni p-n. Questa attivit\ue0, volta allo studio dei profili di drogaggio, si esplicher\ue0 dapprima su giunzioni poco profonde per le quali esiste la possibilit\ue0 di un confronto con programmi di simulazione ben assodati e successivamente su giunzioni sottili dove invece i modelli di simulazione necessitano di metodi sperimentali di validazione. L'attivit\ue0 al Dipartimento di Fisica sar\ue0 incentrata sugli aspetti teorici dei precedenti argomenti: in particolare il modello per il campo elettrostatico associato alla giunzione p-n sar\ue0 migliorato, includendo gli effetti di stati superficiali e presenza di strati sottili di ossidi carichi. Alcuni risultati preliminari suggeriscono che la topografia del campo elettrico sia fortemente influenzata da questi effetti, che devono essere messi nel conto al fine di arrivare ..

Year: 2004
OAI identifier: oai:cris.unibo.it:11585/20054
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