氮掺杂砷化镓薄膜的XPS分析

由Kratos Analytical，Ltd。2021年9月23日

实现氮掺杂GaAs (GaAs)_{1 - x}N_x)在高效太阳能电池和垂直腔面发射激光器(VCSELs)中越来越普遍。氮掺杂已被证明会引起主能带结构的扰动。¹

确定化学状态和氮浓度对确定材料的电子结构至关重要。x射线光电子能谱学（XPS）是经常用于此稀N中的表面表征技术掺杂的材料。

本应用笔记比较了使用Al Kα和Ag Lα作为激发源进行GaAs的XPS分析_{1 - x}N_x．利用高光子能量激发源“消除”与N 1s核心能级光电发射峰重叠的俄歇跃迁的好处。

还详细是关于通过利用银Lα激励为薄膜材料的表征提供的增加的采样深度的优点。

XPS广泛用于复杂材料的分析，使表面化学物质的定量测定。欧洲杯足球竞彩过渡金属化合物和合金的表面分析是此方法的一个关键的应用领域。

其中最显著的特点XPS这些材料的分析是量化表面物种和评估氧化态的可能性。欧洲杯足球竞彩然而，在光电子能谱并发症可以与俄歇电子的峰值，发生作为受激离子的光电子的排出后的松弛的结果的存在引起的。

实验

XPS结果是利用奎托斯轴仪器具有双单色Al和Ag激发源。该附件允许自动通过采集软件的Al和Ag X射线源之间的切换。

被表征的样品由经过氮化处理的GaAs衬底组成，在约1 - 3 nm GaAs的表面形成薄膜层_{1 - x}N_x．

结果与讨论

图1显示了GaAs中Al Kα激发的测量谱_{1 - x}N_x在砷化镓衬底样品上生长的薄膜。除了表面污染物碳和氧外，还标记了关键元素Ga、As和N的光电发射峰。

可以清楚地看到，Ga LMM俄杰跃迁在蓝方框中对巡天光谱有异常强烈的贡献。值得注意的是，这些俄歇跃迁与N 1s和O 1s光电发射峰重叠。图1显示了N 1s/Ga LMM区域的高分辨率、窄区域扫描。

Al Ka激发光谱由GaAs1-xNx和(插入)N 1s/Ga LMM区域高分辨率扫描得到。

图1所示。GaAs的Al Kα激发谱_{1 - x}N_x和(插入)N 1s/Ga LMM区域高分辨率扫描。图片来源:Kratos分析公司

N 1s/Ga LMM包络线产生了一个广泛而复杂的结构。单对称分量用于N 1s峰，三个宽峰用于描述Ga LMM跃迁。

虽然模型拟合数据良好，部件的这样一个伟大的数字，它是可能的，有没有那么恰当地描述这个信封奇异配合。这是一个复杂的问题，当氮浓度和化学状态是对材料的性能至关重要。

与光电发射过程相反，可以理解的是，俄歇电子的动能是由俄歇过程中涉及的跃迁的能级定义的，与所使用的激发源的能量无关。

GaAs1-xNx和(插入)n1s区Ag La激发谱的高分辨率扫描。

图2。从砷化镓银Lα兴奋调查谱_{1 - x}N_x和(插入)N 1s区高分辨率扫描。图片来源:Kratos分析公司

图2显示从相同的GaAs调查频谱_{1 - x}N_x样品激发利用单色的Ag大号α激发源。

很明显，Ga LMM俄歇跃迁利用Ag Lα激发使它们向更高的结合能转移，使它们不再与N 1s光电发射峰重叠，如图2中插入的高分辨率N 1s核能级峰所示。

Ag Lα激发的N 1s区域提供了一个更为直接的光谱，有一个以397.6 eV为中心的单一对称峰。这可以在类似氮化的化学环境中识别氮。

消除俄歇转换使测量谱的量化更容易。各元素的相对元素浓度如表1所示。

表1。薄膜砷化镓的相对原子浓度_{1 - x}N_x在GaAs衬底上的Ag Lα激发光谱。资料来源:Kratos Analytical, Ltd。

使用银L的激发是氮掺杂的GaAs薄膜的XPS分析

对不同x射线源激发的核能级的光电发射峰的相对强度和采样深度的变化进行进一步的评论是很有趣的_{1 - x}N_x薄膜。

核能级谱的光电离截面随激发能的增加而减小。^2，3这可以在图4中通过相对于将C 1s光电离截面的曲线与AlKα激发绘制为激发能量的函数可以看出。

Al Ka和Ag La激发光谱的叠加与结合能和动能标度。两个测量谱被归一化为Ga 2p3/2峰高。

图3。Al K叠加α和Ag) Lα结合和动能尺度的激发光谱。两个测量谱归一化到Ga 2p_3／2峰高。图片来源:Kratos分析公司

它也可以在图3所示的叠加调查光谱中定性地观察到。

当对比光谱低结合能端光电发射峰与各光谱Ga 2p峰的相对强度时，可以清楚地看到Ag L中的峰α与标准Al K激发谱相比，激发谱的强度减小α源。

计算值：C 1S光化电离截面绘制为X射线激发能量的函数，与COM-mercially可用HAXPES源指示。

图4。计算得到的c1s光电离截面作为x射线激发能的函数，并指出了商品化的HAXPES源。图片来源:Kratos分析公司

如图4所示，对于能量更大的硬x射线源，光电离截面的减小要严重得多，这证明了Ag Lα源对这项研究的好处。

对比两种x射线源激发的高分辨率N 1s区域，可以清楚地看到，Ag Lα光电离截面的减小并不会显著影响光谱质量。

由光谱仪设计中产生的光电子的有效收集和传输减轻产生较少的光电子的物理效应。银大号α兴奋高分辨率光谱中的显采集时间仍然获得的，在考虑此样品特别是当是在该薄膜的GaAs氮气的相对低的掺杂剂浓度_{1 - x}N_x．

更高的采样深度的示意图对于具有较高的光子能量的Ag的La的X射线激发的同一核心级。

图5。用更高的光子能量Ag Lα x射线激发相同核能级的更大采样深度示意图。图片来源:Kratos分析公司

采用高能光子源的一个主要好处是由于激发光电子的高动能的有效衰减长度的变化而增加了采样深度。如图5所示。

与Al x射线相比，Ag x射线激发的核心级光电子具有更大的动能，产生更大的信息深度。

定性和定量化学状态信息可以作为深度的函数没有angle-resolved XPS的必要性或破坏性的溅射深度剖析由于Ga和2 s光电子将展示表面敏感性大于3 d光电子动能就越高。

最后对定量的评论表明，光离截面和采样深度都是产生定量结果的关键考虑因素，该样品作为深度的函数是不均匀的。

为了对材料进行真实的量化，选择用于量化的光电发射峰具有相似的动能，因此，信息深度尽可能的重要。

结论

银Lα激励源用于收集x射线光电子光谱从薄膜砷化镓_{1 - x}N_x生长在GaAs衬底上。

利用更高的光子能量源有相当大的优势，即Ga LMM俄杰跃迁与n1s光电发射峰重叠-当使用标准Al Kα激发-转移到更高的结合能。

这使得能够明确的曲线的氮化物类的化学状态的单个N 1S分量和分类的拟合。

参考文献

A.奥马斯卡雷永张PROC“氮掺杂的GaAs以及GaP，电子结构”。SPIE 10303，氮化镓为基础的技术：述评，103030D（2002年8月28日）;https://doi.org/10.1117/12.482617
Curran Kalha等人2021年J. Phys。:提供者。Matter in press DOI: 10.1088/1361-648X/ abacd
A. G.碎片等，冲浪。界面元素分析，2019，51，763-773 DOI：10.1002 / sia.6647

这些信息来源于Kratos分析有限公司提供的材料。欧洲杯足球竞彩

对于这个源的更多信息，请访问：奎托斯分析,有限公司. .

引用

请在你的文章、论文或报告中使用下列格式之一来引用这篇文章:

美国心理学协会
奎托斯分析,有限公司. .(2021年9月28日)。氮掺杂砷化镓薄膜的XPS分析。AZoM。2021年9月28日从//www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=20786检索。
MLA
奎托斯分析有限公司“氮掺杂的GaAs薄膜的XPS分析”。AZoM．2021年9月28日。< //www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=20786 >。
芝加哥
奎托斯分析有限公司“氮掺杂的GaAs薄膜的XPS分析”。AZoM。//www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=20786。（访问2021年9月28日）。
哈佛
奎托斯分析，有限公司。2021。氮掺杂砷化镓薄膜的XPS分析．viewed September 28, //www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=20786。