Method Article

الحساب النظري والتحقق التجريبي لتقليل الخلع في طبقات الجرمانيوم فوق المحورية مع فراغات نصف أسطوانية على السيليكون

DOI:

10.3791/58897

⸱

July 17th, 2020

 ,  ,  , 
1Department of Materials Engineering, The University of Tokyo, 2Department of Electrical and Electronic Information Engineering, Toyohashi University of Technology, 3Department of Materials Science and Engineering, Massachusetts Institute of Technology

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم اقتراح الحساب النظري والتحقق التجريبي لتقليل كثافة خلع الخيوط (TD) في طبقات الجرمانيوم الفوقية مع فراغات نصف أسطوانية على السيليكون. يتم تقديم الحسابات القائمة على تفاعل TDs والسطح عبر قوة الصورة وقياسات TD وملاحظات المجهر الإلكتروني النافذ ل TDs.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

كان تقليل كثافة خلع الخيوط (TDD) في الجرمانيوم الفوقي (Ge) على السيليكون (Si) أحد أهم التحديات لتحقيق دوائر ضوئية متكاملة متجانسة. تصف هذه الورقة طرق الحساب النظري والتحقق التجريبي لنموذج جديد للحد من TDD. تصف طريقة الحساب النظري انحناء خلع الخيوط (TDs) بناء على تفاعل TDs وأسطح النمو غير المستوية للنمو الفوقي الانتقائي (SEG) من حيث قوة صورة الخلع. يكشف الحساب أن وجود فراغات على أقنعة SiO2 يساعد على تقليل TDD. يتم وصف التحقق التجريبي بواسطة الجرمانيوم (Ge) SEG ، باستخدام طريقة ترسيب بخار كيميائي عالي الفراغ وملاحظات TD ل Ge المزروع عن طريق النقش والمجهر الإلكتروني المقطعي (TEM). يقترح بشدة أن تخفيض TDD سيكون بسبب وجود فراغات شبه أسطوانية فوق أقنعة SiO2 SEG ودرجة حرارة النمو. للتحقق التجريبي ، تتشكل طبقات Ge الفوقية مع الفراغات شبه الأسطوانية نتيجة لطبقات SEG من Ge واندماجها. تقوم TDDs التي تم الحصول عليها تجريبيا بإعادة إنتاج TDDs المحسوبة بناء على النموذج النظري. تكشف ملاحظات TEM المستعرضة أن كلا من إنهاء وتوليد TDs يحدث في فراغات شبه أسطوانية. تكشف ملاحظات TEM لعرض الخطة عن سلوك فريد من نوعه ل TDs في Ge مع فراغات نصف أسطوانية (على سبيل المثال ، يتم ثني TDs لتكون موازية لأقنعة SEG والركيزة Si).

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

اجتذب Epitaxial Ge on Si اهتمامات كبيرة كمنصة جهاز فوتوني نشطة حيث يمكن ل Ge اكتشاف / إصدار الضوء في نطاق الاتصالات الضوئية (1.3-1.6 ميكرومتر) وهو متوافق مع تقنيات معالجة Si CMOS (أشباه الموصلات المعدنية التكميلية). ومع ذلك ، نظرا لأن عدم تطابق الشبكة بين Ge و Si يصل إلى 4.2٪ ، تتشكل خلع الخيوط (TDs) في طبقات Ge الفوقية على Si بكثافة ~ 109 / سم2. يتدهور أداء الأجهزة الضوئية Ge بواسطة TDs لأن TDs تعمل كمراكز توليد حاملة في أجهزة الكشف الضوئي Ge (PDs) والمعدلات (MODs) ، وكمراكز إعادة تركيب الناقل في ثنائيات الليزر (LDs). في المقابل ، سيزيدون تيار التسرب العكسي (تسرب J) في PDs و MODs1،

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. إجراء الحساب النظري

  1. حساب مسارات TD. في الحساب ، افترض أن أقنعة SEG رقيقة بما يكفي لتجاهل تأثير ART على تقليل TDD.
    1. تحديد أسطح النمو والتعبير عنها بالمعادلة (المعادلات). على سبيل المثال ، عبر عن التطور الزمني لمقطع عرضي دائري الشكل لطبقة SEG Ge باستخدام معلمة تطور الوقت n = i ، ارتفاعات SEG Ge (h i) ونصف قطر SEG Ge (ri) ، كما هو موضح في الفيديو التكميلي 1a و Eq. (1):
      figure-protocol-1
    2. حدد الاتجاهات الطبيعية لموقع تعسفي على أسطح النمو. بالنسبة للمقطع العرضي المستدير الشكل....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الحساب النظري

يوضح الشكل 3 المسارات المحسوبة ل TDs في 6 أنواع من طبقات Ge المدمجة: هنا ، نحدد نسبة الفتحة (APR) لتكوننافذة W / (نافذة W +قناع W). يوضح الشكل 3 أ أصل SEG مستدير الشكل مدمج Ge من APR = 0.8. هنا ، 2/6 TDs محاصرة. يوضح الشكل 3 ب أصل SEG {113} الأوجه المندمج Ge ل APR = 0.8. هنا ، .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في العمل الحالي ، تم عرض TDD من 4 × 107 / سم2 تجريبيا. لمزيد من تخفيض TDD ، هناك أساسا 2 خطوات حاسمة داخل البروتوكول: إعداد قناع SEG ونمو Ge فوق المحوري.

يشير نموذجنا الموضح في الشكل 4 إلى أنه يمكن تقليل TDD أقل من 107 / سم2 في Ge المندمجة عندما يكون APR ،نافذة W / (نافذة W +قناع W) صغيرا مثل 0.1. نحو مزيد من الحد من TDD ، يجب تحضير أقنعة SEG ذات معدل الفائدة السنوية الأصغر. كما هو مذكور .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم دعم هذا العمل ماليا من قبل الجمعية اليابانية لتعزيز العلوم (JSPS) KAKENHI (17J10044) من وزارة التعليم والثقافة والرياضة والعلوم والتكنولوجيا (MEXT) ، اليابان. تم دعم عمليات التصنيع من قبل "منصة تكنولوجيا النانو" (المشروع رقم 12024046) ، MEXT ، اليابان. ياماشيتا والسيدة س. هيراتا، من جامعة طوكيو، على مساعدتهما في ملاحظات فريق الخبراء التقني.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
AFMSII NanoTechnologySPI-3800N
BHFDAIKINBHF-63U
تصميم CADAUTODESKAutoCAD 2013Software
CH3< / sub>COOHKanto-Kagakuحمض الخليكللإلكترونيات
CVDCanon ANELVAI-2100 SRE
DeveloperZEONZED
Developer rinseZEONZMD
EB كاتبADVANTESTF5112 + VD01
FurnaceKoyo ThermoSystem KTF-050N-PA
HF ، 0.5Kanto-Kagaku0.5٪ HF
HF ، 50Kanto-Kagaku50٪ HF
HNO 3< / sub> ، 61Kanto-KagakuHNO3 1.38للإلكترونيات
I2< / sub>Kanto-KagakuIodine 100g
PhotoresistZEONZEP520A
مزيل مقاوم للضوءطوكيو OhkaHakuri-104
السطحيطوكيو OAP
TEMJEOLJEM-2010HC
٪ ٪ ٪

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Giovane, L. M., Luan, H. C., Agarwal, A. M., Kimerling, L. C. Correlation between leakage current density and threading dislocation density in SiGe p-i-n diodes grown on relaxed graded buffer layers. Applied Physics Letters. 78 (4), 541-543 (2001).
  2. Wang, J., Lee, S.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Threading Dislocation DensityGermanium Epitaxial GrowthSelective Epitaxial GrowthSemicylindrical VoidsSilicon SubstratesTransmission Electron MicroscopyEtch Pit DensityUltra High Vacuum CVDSubstrate PatterningDislocation Image Force

Related Articles