Show simple item record

dc.contributor.advisorvan Helvoort, Antonius
dc.contributor.advisorWhitson, Michael J.
dc.contributor.advisorHøiaas, Ida Marie
dc.contributor.authorRaen, Knut Håvard
dc.date.accessioned2021-10-15T17:22:45Z
dc.date.available2021-10-15T17:22:45Z
dc.date.issued2021
dc.identifierno.ntnu:inspera:81526902:36743368
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/11250/2823451
dc.descriptionFull text available on 2024-07-01
dc.description.abstractDe siste årene har III-nitrider til ultrafiolette (UV) optoelektroniske enheter fått stor interesse, på grunn av behovet for små lyskilder i UV-spekteret, med høy effektivitet. Etterspørselen etter UV-baserte lysdioder (LEDs) kommer til å fortsette å øke for steriliseringsformål etter covid-pandemien. Dette er fordi UVC-lys desinfiserer overflater, luft og vann. III-nitrider grodd som nanotråder har bevist redusert dislokasjonstetthet fra gitterfeil, sammenlignet med konvensjonelle bulkenheter. Dette fører til økt kvanteffektivitet og forbedret ytelse. Likevel har lite blitt gjort for å avdekke lokale variasjoner i elektriske egenskaper for nanotråd-baserte LEDs. I dette arbeidet har det blitt utviklet en metode for å elektrisk probe alle hovedkomponentene til nanotråd baserte enheter, som kontakter, grafén vekst-substrat, helt ned til enkeltstående nanotråder. For å oppnå tilstrekkelig romlig oppløsning ble W-prober slipt med en fokusert ionestråle (FIB). En modul med skanning elektronmikroskop (SEM) i en FIB-SEM ble brukt til å observere, mens probene ble styrt av mikro-manipulatorer i mikroskopkammeret. CrayoNano skaffet en testprøve med fire vekstfelt med spesifikke variasjoner i fabrikasjonstrinnene. Den utviklede metoden med som-mottatt W-prober (100-1000 nm spissdiameter) tillater probing over og mellom større objekter som Au-kontakter (50 µm x 650 µm) og polykrystallinske GaN vekstbuffere (20 µm i diameter). Motstanden mellom Wprobene og over Au-kontaktene er ubetydelig liten (henholdsvis 6 og 14 Ω), og tillater målinger på flakmotstanden til grafénet mellom Au-kontaktene i ulike felt. Det polykrystallinske GaN er grodd suboptimalt og viser for høy motstand og målevariasjoner, slik det er nå, til å være relevant for analysering av de elektriske egenskapene til enhetskomponentene. Prosessen ble forbedret ved å omforme og fortynne probene til enkeltstående n-GaN nanotråder (ned til ∼300 nm i diameter, katalysatorfri) kunne bli probet konsekvent og gjentatte ganger. For å oppnå probing av enkeltnanotråder ble en probe, med innledende spissdiameter på 100 nm, slipt i en Ga-FIB til de ytterste 5 µm var ∼50-400 nm i diameter. Dette resulterte i en hårstrå-lignende probe, som oppførte seg som en fjær da den ble landet på nanotråder, uten å påføre observert skade på probe eller nanotråd. Med en slik omformet probe ble 10 individuelle nanotråder med varierende størrelse (∼0.12-0.56 µm2) elektrisk probet. IV-plottene som ble samlet hadde en diodelignende trend. Lokale variasjoner i strømtetthet og terskelspenning vil bli diskutert. Denne nylig utviklede probeteknikken basert på å omforme prober ved hjelp av sliping i FIB, gir en overlegen romlig treffsikkerhet sammenlignet med som-mottatt-prober. Med denne teknikken kan avgjørende elektriske data fra de mest fundamentale byggeklossene til nanotråd-baserte LEDs bli samlet, og bidra til å forbedre enhetseffektiviteten, i en systematisk oppfølgingsstudie.
dc.description.abstractIn the recent years III-nitrides for ultraviolet (UV) optoelectronic devices have gained growing interest due to the need for high efficiency, small light sources in that range. Demand for UV light emitting diodes (LEDs) will further grow for decontamination applications after the covid pandemic. This is because UVC-light is capable of disinfecting surfaces, air and water. III-nitrides grown as nanowires (NWs) have proven to reduce dislocation density from lattice mismatch, as compared to conventional planar bulk devices. This will allow for a higher internal quantum efficiency and improved device performance. However, little has been done to uncover local variations with regards to the electrical properties of NW-based LEDs. In this work, a method for electrical probing of all the main NW-based device components, such as the contacts and graphene growth substrate, down to the single NW level is developed. To achieve such high spatial resolution micron-sized W-probes were reshaped in a focused ion beam (FIB). A scanning electron microscope (SEM) module on a FIB-SEM was used to observe, as the probes were operated by micromanipulators inside the microscope chamber. CrayoNano provided a test sample with four growth fields with specific variations in device fabrication steps. The developed method with as-received W-probes (100-1000 nm tip diameter) allows for probing across and between larger objects such as deposited Au-contacts (50 by 650 µm) and polycrystalline GaN growth buffers (20 µm in diameter). Resistance between W-probes and across Au-contacts is insignificantly small (6 and 14 Ω, respectively) and allow for measuring the sheet resistance of the graphene between Au-contacts in different fields. The polycrystalline GaN is sub-optimally grown and depicts too high resistance and large variations within to be, as is now, relevant for analysing the electronic properties of device components. The process was refined by reshaping and thinning the probes until single standing n-GaN NWs (down to ∼300 nm in diameter, catalyst-free) could repeatedly and consistently be probed. To achieve single NW probing, a probe with an initial tip diameter of 100 nm was milled in a Ga-FIB, until the outermost 5 µm were ∼50-400 nm in diameter. This resulted in a hair-like probe acting as a spring when landed on NWs, inflicting no observed harm on NW or probe. With such a reshaped probe, 10 individual NWs with varying sizes (∼0.12 0.56 µm2 ) were electrically probed. The IV-plots collected had a diode-like trend. Local variations in current densities and threshold voltages will be discussed. This newly developed probing technique based on probe shaping by FIB milling, provides superior spatial probing accuracy compared to as-received W-probes. With this technique, crucial electrical data on the fundamental building blocks of NW-based LEDs can be gathered, and contribute to improved device efficiency, in a systematic follow-up study
dc.languageeng
dc.publisherNTNU
dc.titleMicroprobing of nanowire-based LEDs down to single nanowire level inside a FIB-SEM
dc.typeMaster thesis


Files in this item

FilesSizeFormatView

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record