Electronic engineering and semiconductor materials

Find out how our analytical solutions can advance your knowledge of semiconductor materials, device processing, and electronic engineering

Want to know more about how our analysis methods can support your research in electronic engineering and semiconductor materials? Whether you’re a student, a researcher, or a professor, we’ve put together some relevant application examples of our solutions in semiconductor research and device processing.

The materials and analytical equipment used in these examples overlap with Materials Science and Engineering, and Physics and Applied Physics, so you may find additional information on those pages. Method abbreviations are explained at the bottom of this page.

Semiconductor research

Our applications in semiconductor research primarily involve high resolution X-ray Diffraction of epitaxial layers. Thin film growth by MBE, MOCVD or CVD are big research areas in Electronic Engineering and Physics departments. This is where we find the highest concentration of our High-Resolution XRD applications. There is a constant quest to develop new semiconductor materials and to overcome the many challenges of incorporating new materials into working devices. The table below provides a selection of application notes that exemplify typical measurements on semiconductor materials. Click on any of the links in the table to discover more!

Semiconductors Research

Method

Sample

Application Note Title (Link)

Epitaxial layers - finding reflections

HR-XRD

GaN / InGaN alloys

Available reflections for coplanar and in-plane XRD of GaN and related alloys

Epitaxial layers - rapid measurements

HR-XRD

InGaN/GaN multiple quantum wells

Fast X-ray diffraction measurements on semiconductor structures

Epitaxial layers - thermal stability

HR-XRD

AlInN/GaN/Sapphire

Studying the thermal stability of gallium nitride based high electron mobility transistor structures

Epitaxial layers – strain, composition, and layer thickness

HR-XRD

Gallium Nitride and related compounds

XRD of gallium nitride and related compounds: strain, composition and layer thickness (booklet)

Epitaxial layers - strain, composition, and layer thickness

HR-XRD

GaAs on Ge on Si

Semiconductor thin films. Analysis of III-V solar cells on silicon substrates

Narrow bandgap (IR) semiconductors - film composition, thickness

XRF

InxSy films on glass

Zetium - Analysis of InxSy layers on glass using Stratos

OLED polymers - molecular weight

GPC

Poly(phenylene-vinylene) (PPV) in Chloroform; 2) poly(fluorene-phenylenevinylene)(PF-PPV) in THF; 3) polythiophene (PT) in Chloroform

Conjugated Polymer Analysis by GPC-PDA

Perovskite semiconductors - defects

Reflection Topography

Perovskite LiTaO3

Reflection topography with PIXcel3D

Phase change materials - crystalline phase identification

XRD / XRR

Germanium Antimony Telluride (Ge2Sb2Te5) PCM

Combining XRR & XRD for in-situ investigation of phase change materials

Thin films - In-plane methods

XRD / HR-XRD

Co films in hard disks, GaN on Sapphire

In-plane diffraction

Thin-film solar cells - overview

XRD / HR-XRD

Solar cell materials, general

X-ray diffraction techniques for characterization of thin film solar cells

Wide bandgap (UV) semiconductors - thin film quality

XRD / XRR

ZnO films on glass

Comprehensive XRD investigation of ZnO thin films

Device processing

Malvern Panalytical’s wafer analyzer is not often employed in university research, but it is worth showing here some of the process fabrication instances where it is employed to measure elemental composition and film thickness. Wafer cutting and polishing is also an important step in device processing and particle size characterization is important to control the quality of cutting and polishing slurries.  Click on any of the links in the table to discover more!

Device Processing

Method

Sample

Application Note Title (Link)

Dielectric films - composition, thickness

XRF

Borophosphosilicate glass (BPSG) Dielectric films, Boron, phosphorous, Silicon

Analysis of BPSG films

Diffusion barrier layers - composition, thickness

XRF

Cu/TaNx multilayers on Si wafers

Simultaneous analysis of Cu/TaNx stacks

Diffusion/bonding metallization - composition thickness

XRF

TiNx layers on Si wafers

FP Multi analysis of TiNx thin films on Si substrates

Epitaxial layers -composition

XRF

Ge concentration in Si(1-x)Gex films

Analysis of Si(1-x)Gex films

Ferroelectric/​Dielectric films - composition, thickness

XRF

Barium Strontium Titanate (BST) films on Pt

Analysis of barium strontium titanate (BST) films on Pt

Gate connecting layers - thickness

XRF

Tungsten (W) layers

Analysis of W films

Gate technology - layer thickness

XRF

WSix deposition on Silicon

Analysis of WSix films

Giant magnetoresistant multilayers - composition, thickness

XRF

Ta, NiMn, PtMn, CoFe, Cu, NiFe, Al2O3 thin films

Analysis of Giant Magneto Resistance GMR film stacks using X-ray fluorescence spectrometry

Interconnect layers- composition, thickness

XRF

AlCu interconnect layers on S substrate

Analysis of AlCu films

Passivation layers - thickness

XRF

Ni-Ta thin films on Si

Zetium - Analysis of Ni-Ta thin films using Stratos

Read/write heads for hard drives - layer thickness

XRF

CoNiFe films on hard drives

In-line process control of CoNiFe layers in the manufacturing of read/write heads

Wafer cutting slurry - particle size and shape

Imaging

Silicon carbide - abrasive slurry

Analysis of wire saw abrasive slurries to facilitate recycling using the FPIA-3000 automated dynamic image analysis system

Wafer polishing slurry – particle size

ELS / DLS

Silica-based particles in ammonia salt solution, silica-based particles in KOH solution

Characterization of SiO2 Slurry Samples Used in Chemical Mechanical Polishing

Wafer polishing slurry - zeta potential

ELS

 SiO2 or Al2O3 particles

Zeta Potential Measurement of Highly Concentrated CMP Slurry Dispersions

Abkürzungen erklärt

Unsere Produkte und Technologien werden auf den Produktseiten beschrieben. Nachstehend finden Sie eine Kurzübersicht über die von unseren Geräten gemessenen Eigenschaften einschließlich der Messbezeichnung und ihrer Abkürzung. Klicken Sie auf die einzelnen Methoden, um mehr darüber zu erfahren! 

Abkürzung

Methodenname

Gerät(e)

Gemessene Eigenschaft

DLS

Dynamische Lichtstreuung

Zetasizer

Molekülgröße, hydrodynamischer Radius RH, Partikelgröße, Größenverteilung, Stabilität, Konzentration, Agglomeration

ELS

Elektrophoretische Lichtstreuung

Zetasizer

Zetapotenzial, Partikelladung, Suspensionsstabilität, Proteinmobilität

ITC

Isothermische Titrationskalorimetrie

MicroCal ITC

Bindungsaffinität, Thermodynamik molekularer Reaktionen in Lösung

DDK

Dynamische Differenzkalorimetrie

Microcal DSC

Denaturierung (Entfaltung) von großen Molekülen, Stabilität von Makromolekülen

GCI

Gittergekoppelte Interferometrie

Creoptix WAVEsystem

Bindungskinetik und -affinität in Echtzeit, markerfrei mit Fluidik

IMG

Automatisierte Bildanalyse

Morphologi 4

Bildgebung von Partikeln, automatisierte Form- und Größenmessung

MDRS

Morphologically-Directed Raman-Spektroskopie

Morphologi 4-ID

Bildgebung von Partikeln, automatisierte Form- und Größenmessung, chemische Identifizierung und Verunreinigungserkennung

LD

Laserbeugung

Mastersizer

Spraytec

Insitec

Parsum

Partikelgröße, Größenverteilung

NTA

Nanopartikel-Tracking-Analyse (NTA)

NanoSight

Partikelgröße, Größenverteilung und Konzentration

SEC  oder  GPC

Größenausschluss-Chromatographie/

Gelpermeationschromatographie

OMNISEC

Molekülgröße, Molekulargewicht, oligomerer Zustand, Polymer- oder Proteingröße und Molekularstruktur

SPE

Probenvorbereitung durch Schmelzaufschluss

Le Neo

LeDoser

Eagon 2

The OxAdvanced

M4

rFusion

Schmelztabletten-Probenvorbereitung für RFA, Peroxidlösungszubereitungen für ICP, Flussmittelwägung für die Schmelztablettenherstellung

UV/Vis/NIR/ SWIR

Ultraviolett-/Sichtbares Licht-/Nahinfrarot-/Kurzwellen-Infrarotspektrometrie

LabSpec

FieldSpec

TerraSpec

QualitySpec

Materialerkennung und -analyse, Feuchtigkeit, Mineral- und Kohlenstoffgehalt. Bodenuntersuchungen für luft- und satellitengestützte spektroskopische Verfahren.

PFTNA

Aktivierung mit gepulsten schnellen thermischen Neutronen (Pulsed Fast and Thermal Neutron Activation, PFTNA)

CNA

Inline-Elementaranalyse

XRD-C

Röntgendiffraktion  (Kristallographie)

Aeris

Empyrean

Verfeinerung der molekularen Kristallstruktur,

Identifizierung und Quantifizierung der kristallinen Phase, Verhältnis zwischen kristallin und amorph, Analyse der Kristallitgröße

XRD-M

Röntgendiffraktion  (Mikrostruktur)

Empyrean

X’Pert3 MRD(XL)

Eigenspannung, Textur

XRD-CT

Röntgenabsorptionsbildgebung durch Computertomographie

Empyrean

3D Bildgebung von Feststoffen, Porosität und Dichte

SAXS

Kleinwinkel-Röntgenstreuung

Empyrean

Nanopartikel, Größe, Form und Struktur

GISAXS

Kleinwinkel-Röntgenstreuung unter streifendem Einfall

Empyrean

Nanostrukturierte Dünnschichten und Oberflächen

HR-XRD

Hochauflösende Röntgenbeugung

Empyrean

X’Pert3 MRD(XL)

Dünnschichten und epitaktische Mehrfachschichten, Zusammensetzung, Dehnung, Dicke, Qualität

XRR

Röntgenreflektometrie

Empyrean

X’Pert3 MRD(XL)

Dünnschichten und Oberflächen, Schichtdicke, Oberflächen- und Grenzflächenrauheit

RFA

Röntgenfluoreszenz

Epsilon

Zetium

Axios FAST

2830 ZT

Elementzusammensetzung, Elementkonzentration, Spurenelemente, Verunreinigungserkennung