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

الجرمانيوم منخفض الخيوط مهما جدا لتحقيق رقائق السيليكون الضوئية عالية الأداء. تعمل الفراغات الموجودة في واجهة الجرمانيوم والسيليكون كمصارف خلع لتقليل كثافة خلع الخيوط. سيوضح الإجراء محمد فايز ، طالب الماجستير في مختبري.

للبدء ، حدد مناطق نمو الجرمانيوم عن طريق إعداد ملف تصميم بأنماط الخط والمساحة ومناطق نوافذ السيليكون على شكل مربع باستخدام البرامج التجارية. ثم قم بإعداد قناع نمو فوق المحور انتقائي عن طريق تحديد عرض النافذة وعرض القناع ، أثناء رسم المستطيلات بالنقر فوق فتح الملف ، ثم الهيكل ، وخيار المستطيل أو متعدد الخطوط باستخدام البرنامج. لتحضير ركائز p-silicon مخدرة بالبورون بمقاومة من واحد إلى 100 أوم ، افتح الغطاء الموجود على فرن الأنبوب وقم بتحميل ركائز السيليكون في الفرن باستخدام قضيب زجاجي.

ابدأ في نفخ غاز النيتروجين الجاف في الفرن عن طريق فتح صمام الغاز. ثم اضبط معدل تدفق الغاز على 0.5 لتر في الدقيقة عن طريق التحكم في الصمام. اضبط درجة حرارة التلدين عن طريق تغيير البرنامج.

عندما تصل درجة الحرارة إلى 900 درجة مئوية ، أغلق صمام النيتروجين الجاف. افتح صمام الأكسجين الجاف واحتفظ به لمدة ساعتين. قم بتغطية ركائز السيليكون المؤكسدة بمادة خافضة للتوتر السطحي باستخدام مغطي تدور ثم اخبزها على حرارة 110 درجة مئوية لمدة 90 ثانية على طبق ساخن.

بعد طلاء الفاعل بالسطح ، قم بتغطية ركائز السيليكون بمقاومة للضوء باستخدام آلة طلاء الدوران كما هو موضح سابقا. ثم اخبزيها على حرارة 180 درجة مئوية لمدة خمس دقائق على طبق ساخن. بعد إعداد مطور مقاوم للضوء وشطف للمطور في غرفة السحب ، قم بغمس ركائز السيليكون المكشوفة في المطور لمدة 60 ثانية في درجة حرارة الغرفة.

ثم ضع ركائز السيليكون المطورة على طبق ساخن لتخبز على حرارة 110 درجة مئوية لمدة 90 ثانية. بعد ذلك ، قم بغمس ركائز السيليكون في حمض الهيدروفلوريك المخزن لمدة دقيقة واحدة لإزالة جزء من طبقات ثاني أكسيد السيليكون المعرضة للهواء نتيجة التعرض لشعاع الإلكترون وتطوره. لإزالة مقاومة الضوء من ركائز السيليكون ، اغمس في مزيل عضوي مقاوم للضوء لمدة 15 دقيقة ثم في حمض الهيدروفلوريك المخفف بنسبة 0.5٪ لمدة أربع دقائق لإزالة الأكسيد الأصلي الرقيق في مناطق النوافذ ولكن للاحتفاظ بأقنعة ثاني أكسيد السيليكون.

لنمو الجرمانيوم فوق المحور ، قم بتحميل السيليكون بأقنعة نمو فوق المحور الانتقائية في غرفة قفل الحمل. قم بتعيين درجة حرارة النمو الرئيسية للمخزن المؤقت في علامة التبويب وصفة الموضحة على كمبيوتر التشغيل. بعد تحديد فترات النمو الرئيسي للجرمانيوم بحيث تتحد طبقات الجرمانيوم الانتقائية للنمو الفوقي مع طبقات المجاورة ، انقر فوق ابدأ في النافذة الرئيسية ويتم نقل ركيزة السيليكون تلقائيا إلى غرفة النمو.

نظرا لأن ركيزة السيليكون يتم نقلها تلقائيا من غرفة النمو إلى غرفة قفل الحمل ، قم بتنفيس غرفة قفل الحمل وتفريغ ركيزة السيليكون يدويا. لقياسات كثافة حفرة الحفر ، قم بإذابة 32 ملليغرام من اليود في 67 مل من حمض الأسيتيك باستخدام آلة التنظيف بالموجات فوق الصوتية. امزج حمض الأسيتيك المذاب باليود مع 20 مل من حمض النيتريك و 10 مل من حمض الهيدروفلوريك.

اغمس ركائز السيليكون المزروعة بالجرمانيوم في محلول الكوكتيل الحمضي لمدة خمس إلى سبع ثوان لتشكيل حفر محفورة. راقب أسطح الجرمانيوم المحفورة بالمجهر البصري للتأكد من تكوين الحفر المحفورة بنجاح. لحساب الحفر المحفورة ، ضع عينة الجرمانيوم المحفورة على مرحلة AFM ثم اقترب من المسبار بالنقر فوق النهج التلقائي.

حدد منطقة المراقبة باستخدام مجهر بصري مدمج مع AFM وقم بمسح خمس مناطق مختلفة 10 × 10 ميكرومتر. نشأت كثافة خلع الخيوط في الجرمانيوم المتحد من 113 جرمانيوم انتقائي للنمو فوق المحور ذو أوجه ومستديرة الشكل ، مما يدل على أن توليد خلع الخيوط يحدث فقط في الواجهات ويجب تقليل كثافة الخلع مع نسبة الفتحة. تم الحصول على صور SEM وخرائط توزيع طبقات الجرمانيوم المدمجة أو غير المدمجة ، مما يدل على أن الاندماج حدث عندما يكون عرض النافذة أصغر من ميكرومتر واحد.

تمت دراسة كثافة خلع الخيوط للجرمانيوم المندمج والشامل بواسطة AFM ، مما يدل على أن سمك طبقات الجرمانيوم قد انخفض لتلك التي نمت عند 700 درجة مئوية. تمت مراقبة تفاعل خلع الخيوط مع السطح من خلال صور STEM و TEM لطبقات الجرمانيوم المدمجة ، مما يدل على أن تراكم الإجهاد يحدث في الجزء العلوي من الفراغات شبه الأسطوانية واسترخاء الإجهاد في الطبقة تحت السطحية من الفراغات من أجل تقليل طاقتها أثناء النمو أو بعده. تظهر صور TEM لطبقة الجرمانيوم المدمجة والبطانية أن طول خطوط العيوب في الجرمانيوم المدمج أطول من تلك الموجودة في البطانية.

تم الحصول على صور TEM لمنطقة صغيرة ذات كثافة خلع خيوط عالية لخلع المنحدر ، مما يشير إلى أن خلع المسمار اختفى عند تغيير متجه الحيود G. في حين أن الخلع المختلط لم يختف ، أيا كان متجه الحيود G تم اختياره. أهم بروتوكول في هذا الإجراء هو زخرفة الركيزة بواسطة الطباعة الحجرية ، متبوعا بنمو فوق المحور الجرمانيوم.

ولسوء الحظ ، نظرا لاختلاف الجهاز ، لا يمكننا إظهار البروتوكول مباشرة. بدلا من استخدام كاتب شعاع الإلكترون ، فإن خطوة الخط i هي أيضا واحدة من الآلات التي يمكنها القيام بالزخرفة وتطبيقها على الجرمانيوم فوق المحور على نوع مختلف من الركيزة الثانية.