'

Синтез и свойства нанокристаллов GeSn в слоях Si и SiO2

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Синтез и свойства нанокристаллов GeSn в слоях Si и SiO2


Слайд 1

Содержание Введение Обзор зарубежных исследований по сплавам GeSn Перспективы МЛЭ структуры GeSn/Si Имплантация Ge и Sn в SiO2/Si Малые концентрации Sn в МЛЭ слоях Ge/Si


Слайд 2

Введение Современное состояние технологии микроэлектроники: Базовый материал - кремний. Более 95% полупроводниковых устройств создается на основе Si. Тенденция: Увеличение степени интеграции, потребляемой мощности и тепловыделения ИС, приближение к пределу вычислительных способностей ИС на Si. Перспектива: Поиск новых способов создания внутрисхемных коммуникаций и эффективных светоизлучающих устройств совместимых с Si технологией. Сплавы SnxGe1-x: При определенных условиях вид зонной структуры сплавов SnxGe1-x изменяется от непрямозонного к прямозонному. Исследуется возможность управления шириной запрещенной зоны сплавов SnxGe1-x и условиями перехода к прямой запрещенной зоне.


Слайд 3

Обзор зарубежных исследований по сплавам GeSn Выращивание когерентных, однородных эпитаксиальных пленок SnxGe1-x/Ge(001) Рис. 1. ПЭМ микрофотографии структуры из 5 слоев Sn0.02Ge0.98/Ge Рис. 2. ПЭМ микрофотографии структуры Sn0.03Ge0.97/Ge (23 нм). Рис. 4. ПЭМ микрофотографии структуры Sn0.06Ge0.94/Ge (23 нм). Граница раздела Рис. 3. Спектр РОР от структуры SnxGe1-x/Ge (100 нм). Sn0.06Ge0.94 Ge


Слайд 4

Рис. 4. Зависимость ширины запрещенной зоны в сплаве SnxGe1-x от содержания Sn. Рис. 5. Зависимость пропускания излучения (отн. ед.) пленками SnxGe1-x (100 нм) от энергии излучения. Рис. 6. Зависимость коэффициента поглощения в сплаве SnxGe1-x (100 нм) от энергии излучения Оптические характеристики эпитаксиальных пленок SnxGe1-x/Ge(001)


Слайд 5

1 НАПРАВЛЕНИЕ Исследование сплавов GeSn: Теория: Сплавы Ge1-xSnx: - имеют прямую запрещенную зону при x<0,15, - обладают управляемой запрещенной зоной при изменении состава; - обладают высокой подвижностью свободных носителей заряда. Эксперимент: Сплавы Ge1-xSnx обладают прямой зоной при 0.035<x<0.115, рост х приводит к уменьшению ширины запрещенной зоны от 0,8 до 0,35 эВ. Применение: - Использование оптических связей на основе неравновесных сплавов полупроводников IV группы Si1-xSnx, Ge1-xSnx, и Si1-x-yGexSny GeSn. - Слои сплавов GeSn могут быть использованы для разработки новых светоизлучающих устройств. Сложности формирования сплавов GeSn: - большое (~17%) несоответствие постоянных решеток между кристаллическими фазами Ge и Sn; - нестабильность алмазоподобной структуры ?-Sn (сегрегация Sn за пределы выращиваемого слоя SnxGe1-x); - малая величина равновесной растворимости Sn в Ge и Sn в Si ~1019 и 5?1019 ат/см3 (~0,5 ат. %). Результат: слои SnxGe1-x нестабильны и их синтез требует неравновесных условий. Решение проблемы: Изготовление пересыщенных структур с высоким содержанием Sn неравновесными методами: 1. Молекулярно-лучевая эпитаксия; 2. Ионная имплантация. Перспективы


Слайд 6

2 НАПРАВЛЕНИЕ Исследование структур (Ge+Sn)/Si: Теория: Существует возможность реализации прямого оптического перехода в системе Si/Ge при условии осаждения Ge в форме островков с малыми размерами. Способ получения структур: МЛЭ тонких слоев Ge на Si-подложках в режиме Странски-Крастанова. Движущая сила формирования островков: различие постоянных решеток Si и Ge (4,2%). Проблема: Осаждение Ge при типичных температурах МЛЭ (500-550оС) приводит к формированию крупных островков. Решение: Добавление в эпитаксиальный слой Ge небольшого (~1-3 ат.%) количества атомов примеси с большим, чем у Ge ковалентным радиусом (например, Sn).


Слайд 7

Методические особенности МЛЭ структуры GeSn/Si


Слайд 8

Рис. 2. Светлопольные ПЭМ микрофотографии от образцов С2 а) 925 ?С 60 мин б) 950 ?С 60 мин С1 в) 925 ?С 60 мин г) 925 ?С 130 мин Рис. 1. Спектры РОРКИ: а) ? исходная структура, - - отжиг 925 ?С 60 мин б) область каналов 350-450 спектра а) Рис. 3. Распределение НК по размерам. (а) - Si/Ge0,93Sn0,07/Si, (б) - Si/Si0,4Ge0,5Sn0,1/Si а) а) б) г) б) в) Ge Sn Ge Sn


Слайд 9

Выводы Сформированные нанокластеры Ge1-xSnx имеют средний размер ~10 нм, поверхност-ную плотность ~4.5?1010 см-2 Формирование нанокластеров Ge1-xSnx является результатом сегрегационного оттеснения Sn и Ge при движении границы раздела SiO2/Si.


Слайд 10

Методические особенности Имплантация Ge и Sn в SiO2/Si


Слайд 11

Рис.1. Спектр РОР от образцов “A” (a) и “B” (б) после отжига в атмосфере сухого азота в течение 30 мин при: 1 - 650oC и 2 - 900oC. Рис.2. Изображения электронной дифракции (а, в, д) и темнопольные ПЭМ микрофотографии (б, г) образцов “A” отожженных при 408oC (а, б), 650oC (в, г) и 900oC (д) в течение 30 мин в атмосфере сухого азота.


Слайд 12

Рис.3. Изображения электронной дифракции, полученные от образцов “B”, отожженных в атмосфере сухого азота в течение 30 мин при: (а) 408oC, (б) 650oC и (в) 900oC. Рис.4. Спектры катодолюминесценции от образцов “A“, отожженных в атмосфере сухого азота в течение 30 мин при 650oC (черный) и 900oC (серый).


Слайд 13

Выводы Cлои SiO2 содержат нанокластеры Ge и Sn. Средний размер и плотность нанокластеров варьируются в зависимости от условий ионной имплантации и термообработки и составляют 10-20 нм и 1010–1011 см-2 соответственно. После термообработки при 400–800оС видимого перераспределения Ge и Sn не наблюдается и только при 900оС, в образце, имплантированном с высокой дозой ионов, имеет место медленная сегрегация (оттеснение) примесей к границе раздела SiO2/Si. Спектры катодолюминесценции (КЛ) от структур SiO2(Ge+Sn)/Si содержат интенсивные пики в синей области и области, близкой к ИК-излучению. которые могут быть приписаны наличию дефектов и нанокластеров в слое SiO2(Ge+Sn).


Слайд 14

Методические особенности Малые концентрации Sn в МЛЭ слоях Ge/Si


Слайд 15

Рис. 1. ПЭМ микрофотографии образцов структуры (11A Ge + 2,5% Sn), выращенной при температурах МЛЭ: а – ТМЛЭ=450oC; б – ТМЛЭ=500oC;в –ТМЛЭ=550оС. Рис. 2. ПЭМ микрофотографии образцов структур, выращенных методом МЛЭ при 500оС: а – 10A Ge; б – 10A Ge + 1,5% Sn. Рис. 3. Распределение островков по размерам для структур, выращенных методом МЛЭ при 500оС: a – (10A Ge); б – (10A Ge + 1,5% Sn).


Слайд 16

Выводы при низких температурах роста (450оС) формируются островки преимущественно типа hut, при высоких температурах (500оС-550оС) – островки типа dome. осаждение Ge с малыми добавками атомов Sn приводит к увеличению поверхностной плотности островков и сокращению их размеров. Результаты могут быть объяснены с точки зрения кинетической модели формирования упругонапряженных островков в гетероэпитаксиальных системах, рассогласованных по параметру решетки. Очевидно, что примесь Sn приводит к изменению как энергетических, так и кинетических свойств системы. 1) уменьшается диффузионная длина перемещения атомов на поверхности, что приводит к уменьшению скорости роста островков по сравнению с осаждением чистого Ge. 2) понижается активный барьер зарождения островков, что приводит к увеличению их числа, уменьшению среднего размера и снижению критической толщины образования островков. Электронный вариант презентации доступен на сайте www.prokopyev-rf2007.narod.ru


×

HTML:





Ссылка: