Monolayer Kontakt Dotierung von Silizium-Oberflächen und Nanodrähte Mit Phosphororganische Verbindungen

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments ist es, die flache Dotierung von Silizium-Waivern und Nanodrähten unter Verwendung der Monolayer-Kontaktdotierungsmethode zu demonstrieren. Dies wird erreicht, indem ein Donorsubstrat mit einer Vorläuferlösung zur Bildung einer selbstorganisierten Monoschicht umgesetzt wird. Die Monoschicht enthält potentielle Dotierungsatome und dient als wohldefinierte und begrenzte Dotierungsquelle.

In einem zweiten Schritt wird das Spendersubstrat mit dem Zielsubstrat in Kontakt gebracht, und beide werden in einem schnellen thermischen Analsystem gekniet. Während des analen Prozesses zersetzen sich die Monolagenmoleküle und die Doin-to-Atome werden sowohl auf dem Donor- als auch auf dem Zielsubstrat diffundiert und aktiviert. Anschließend werden die beiden Substrate getrennt und ein Vier-Punkt-Sondenaufbau zur Messung des Schichtwiderstands verwendet.

Die Ergebnisse zeigen eine typische Abnahme der für die Zielsubstrate gemessenen Schichtwiderstandswerte, die für verschiedene Zeiten und Temperaturen gemessen wurden. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie der Ionenimplantation besteht darin, dass sie eine einfache, aber zuverlässige Bildung von sehr flachen Dotierungsprofilen ermöglicht. Diese Methode eignet sich sowohl für die Oberflächendotierung aller Wafer als auch von Nanostrukturen.

Es kann auch für andere Systeme wie 3D-Gerätearchitekturen und mehr verwendet werden. Identifizieren Sie das Silikon und das Silikon mit dielektrischen Substraten, die als Ziel und Spender verwendet werden, und bereiten Sie sich auf die Arbeit mit Piranha-Lösungen vor. Besorgen Sie sich ausreichend saure Piranha-Lösung aus Wasserstoffperoxid und Schwefelsäure, um die Substrate hier etwa 120 Milliliter zu bedecken.

Seien Sie äußerst vorsichtig, wenn Sie mit der Piranha-Lösung arbeiten. Legen Sie die Substrate in eine geeignete Halterung. Setze den Halter für 15 Minuten in die Piranha-Lösung ein.

Nehmen Sie nach 15 Minuten den Halter mit den Proben und spülen Sie alles dreimal mit entionisiertem Wasser ab. Tauchen Sie dann den Halter und die Substrate in etwa 140 Milliliter einer basischen Perha-Lösung aus Ammoniumhydroxid, Wasserstoffperoxid und deionisiertem Wasser. Legen Sie dies für acht Minuten in ein Ultraschallbad bei 60 Grad Celsius. Spülen Sie die Proben nach dem Bad dreimal in entionisiertem Wasser, gefolgt von einer Spülung in Ethanol.

Anschließend unter einem Stickstoffstrahl trocken föhnen. Trocknen Sie die Proben in einem Ofen bei 115 Grad Celsius für 10 Minuten. Für die Monolagenbildung bereiten Sie eine Volumenkonzentration von 1 % Tetraethylmethylendiphosphat in Meline in einem drucksicheren Fläschchen vor.

Es sollten etwa 20 Milliliter ausreichen, um die Spendersubstrate zu bedecken. Übertragen Sie in diesem Fall die Donorsubstrate mit einer Pinzette auf das Fläschchen und stellen Sie sicher, dass sie bedeckt sind. Verschließen Sie dann die Durchstechflasche.

Verwenden Sie ein auf 100 Grad Celsius erhitztes Mineralölbad, um das Fläschchen zwei Stunden lang zu erhitzen. Lassen Sie das Fläschchen dann drei Minuten abkühlen. Öffnen Sie das Fläschchen und spülen Sie die Proben dreimal in Meline und dreimal in Dichlormethan.

Föhnen Sie sie dann unter einem Stickstoffstrahl. Die Nanodrahtsynthese beginnt mit der Reinigung eines Mikroskopglases. Schieben Sie zwei Minuten lang Sauerstoffplasma hinein.

Tragen Sie ein paar Tropfen Poly L Lycine Lösung auf den Objektträger auf, um ihn vollständig zu bedecken. Warten Sie fünf Minuten, spülen Sie dann mit dem ionisierten Wasser ab und föhnen Sie es mit Stickstoff trocken. Tragen Sie nun ein paar Tropfen Goldkolloidlösung auf den Objektträger auf, um ihn vollständig zu bedecken.

Warten Sie zwei Minuten. Mit ionisiertem Wasser abspülen und mit Stickstoff föhnen. Entfernen Sie organische Verunreinigungen, indem Sie Sauerstoffplasma 30 Sekunden lang verwenden.

Fahren Sie fort, indem Sie den Objektträger mit Goldnanopartikeln in eine chemische Gasphasenabscheidungskammer einführen und mit Evakuierung evakuieren. Vollständiges Voräquilibrieren Sie die Kammer bei 440 Grad Celsius und 35 Tor mit einem Durchfluss von 50 Normkubikzentimetern pro Sekunde an molekularem Wasserstoff. Beginnen Sie dann den Abscheidungsprozess, indem Sie zwei Standardkubikzentimeter Kochsalzlösung pro Sekunde fließen lassen, um etwa 50 Mikrometer Nanodrähte zu erhalten.

Führen Sie die Aussage 30 Minuten lang durch. Sobald dies abgeschlossen ist, messen Sie die Nanodrähte mit der Mikroskopie. Nachdem Sie die Drähte gemessen haben, platzieren Sie den Objektträger mit der Nanowire-Folie.

Geben Sie in ein Fläschchen Ethanol, um den Objektträger etwa einen Zentimeter zu bedecken. Beschallen Sie das Fläschchen drei Sekunden lang, wobei die Lösung leicht trüb werden sollte. Eine Herdplatte auf 150 Grad Celsius vorheizen.

Legen Sie dann ein Siliziumnitrid-Siliziumdioxid-Silikonsubstrat darauf. Geben Sie ein paar Tropfen Nanodraht-Suspension auf die erhitzte Oberfläche. Sobald die Flüssigkeit trocken ist, überprüfen Sie die Dichte der Nanodrähte auf der Oberfläche mit einem optischen Mikroskop mit einem Dunkelfeldfilter.

Um eine hohe Ausbeute an Einzelnanodraht-Bauelementen zu erzielen, sollen mit diesem Gesenkgussverfahren Oberflächendichten von etwa 100 Nanodrähten pro Quadratmillimeter bei einer minimalen Nanodrahtlänge von etwa 20 Mikrometern hergestellt werden. Um eine Dotierung zu erreichen, müssen das Substrat mit den Nanodrähten und der Donor in Kontakt gebracht werden. Legen Sie das Zielsubstrat in die schnelle thermische Analkammer.

Legen Sie das Donorsubstrat mit der Vorderseite zum Zielsubstrat auf das Zielsubstrat. Starte den analen Prozess. Diese Proben werden einer Rampe von sechs Sekunden unterzogen.

Die Zeit von Raumtemperatur auf eine Analtemperatur von 1000 Grad Celsius wird 40 Sekunden lang gehalten. Sobald die Monolayer-Kontakt-dotierte Probe hergestellt ist, bereiten Sie sich darauf vor, ihren Widerstand zu messen. Besorgen Sie sich eine 1%ige Flusssäurelösung und legen Sie die Probe fünf Minuten lang hinein.

Um die Oxidschicht zu entfernen, spülen Sie mit dem ionisierten Wasser ab. Dann Isopropanol und mit Stickstoff föhnen. Messen Sie den Schichtwiderstand mit einer Vier-Punkt-Sondentechnik.

Der typische angelegte Strom liegt bei einem bis 10 Mikroampere. Gängige Photolithographie-Techniken werden verwendet, um Nanodraht-Bauelemente schematisch herzustellen. Beginnen Sie mit der Probe, die Nanodrähte enthält.

Erhitzen Sie die Probe und schleudern Sie sie. Beschichten Sie es mit Fotolack. Verwenden Sie nach dem Einstellen des Resists einen Masken-Aligner, um das Elektrodenmuster freizulegen und die Proben zu entwickeln.

Spülen und trocknen Sie die Proben. Verwenden Sie dann einen Elektronenstrahlverdampfer, um Nickel auf die Oberflächen zu verdampfen. Führen Sie abschließend einen Liftoff durch, um die Geräte freizulegen, um erfolgreich geformte Nanodraht-Feldeffekttransistoren zu lokalisieren und ihre Positionen zu registrieren.

Verwenden Sie ein optisches Mikroskop mit einem Dunkelfeldfilter. Ein Analysator und eine Sondenstation für Halbleiterbauelemente werden verwendet, um die IV-Kurven für die ausgewählten Geräte zu messen. Schließen Sie einen leitfähigen Tisch als Gate-Anschluss an den Analysator an.

Legen Sie dann die Probe darauf. Verbinden Sie die Sondennadeln als Source- und Drain-Anschlüsse mit dem Analysator. Bringen Sie dann mit der Mikroskopkamera der Sondenstation die Sondennadeln in die Nähe des Gerätes und berühren Sie die Elektroden vorsichtig mit den Nadeln.

Fahren Sie mit den Messungen fort. Die Behandlung von intrinsischen Siliziumwafern mit Phosphor-Monolayer-Kontaktdotierung führt zu einer monotonen Abnahme der Schicht: Widerstandswerte in Abhängigkeit von an-mal längeren, an-Zeiten führen zu höheren Dotierungswerten, ebenso wie höhere Anel-Temperaturen. Niedrigere Schichtwiderstandswerte korrelieren mit der aktivierten Dotierungskonzentration, wobei ein niedrigerer Schichtwiderstand auf höhere Dotierungswerte hinweist.

Eine weitere Verlängerung der annalen Zeit führt nicht zu einer weiteren Abnahme des Schichtwiderstands, da die dosierende Dosis begrenzt ist. Dieses Diagramm zeigt IV-Kurven von Nanodraht-Feldeffekttransistoren. Die schwarze Kurve steht für ein intrinsisches Gerät.

Vergleichen Sie dies mit der blauen Kurve für die mäßig dotierte Monoschicht. Kontaktdope FET in blau. Es wurde ein sekundenlanges Knien bei 900 Grad Celsius.

Die rote Kurve steht für ein hochdopiges Gerät, das 10 Sekunden lang bei 1005 Grad Celsius kniet. Im Anschluss an dieses Verfahren können andere Methoden wie Flugzeit- und Sekundärionen-Massenspektroskopie durchgeführt werden, um Eigenschaften wie Dotierungskonzentrationsprofile weiter zu charakterisieren. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie das Monokontakt-Dotierungsverfahren zur Herstellung ultraflacher Dotierungsprofile auf Wafern und Nanodrähten verwenden können.