Croissance épitaxiale de perovskite Strontium Titanate sur Germanium via Atomic Layer Deposition

Edward L. Lin; Bryce I. Edmondson; Shen Hu; John G. Ekerdt

doi:10.3791/54268

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Article de méthode

Croissance épitaxiale de perovskite Strontium Titanate sur Germanium via Atomic Layer Deposition

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DOI :

10.3791/54268

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26 juillet 2016

Edward L. Lin¹ , Bryce I. Edmondson¹ , Shen Hu¹ , John G. Ekerdt¹

¹McKetta Department of Chemical Engineering, The University of Texas at Austin

Dans cet article

Résumé

Ce travail détaille les procédures pour la croissance et la caractérisation de SrTiO cristalline ₃ directement sur des substrats de germanium par dépôt de couches atomiques. La procédure illustre la capacité d'un procédé de croissance de tous les produits chimiques pour intégrer monolithiquement sur des oxydes semi-conducteurs pour des dispositifs à semiconducteurs métal-oxyde.

Résumé

Le dépôt par couche atomique (ALD) est une méthode de dépôt utilisée commercialement pour les matériaux électroniques. La croissance ALD des couches minces offre un contrôle de l’épaisseur et une conformité en tirant parti des réactions auto-limitatives entre les précurseurs en phase vapeur et le film en croissance. Les oxydes de pérovskite présentent un potentiel pour les matériaux électroniques de nouvelle génération, mais à ce jour, ils ont principalement été déposés par des méthodes physiques. Ce travail décrit une méthode de dépôt de SrTiO₃ (STO) sur du germanium à l’aide d’ALD. Le germanium a des mobilités de porteurs plus élevées que le silicium et offre donc un matériau semi-conducteur alternatif avec un fonctionnement plus rapide du dispositif. Cette méthode tire parti de l’instabilité de l’oxyde natif du germanium en utilisant la désoxydation thermique pour nettoyer et reconstruire la surface Ge (001) en structure 2×1. Un STO amorphe de 2 nm d’épaisseur est ensuite déposé par ALD. Le film STO est recuit sous ultravide et cristallise sur la surface Ge reconstruite. La diffraction d’électrons à haute énergie par réflexion (RHEED) est utilisée lors de cette étape de recuit pour surveiller la cristallisation de la STO. La fine couche cristalline de STO agit comme un modèle pour la croissance ultérieure de STO qui est cristalline à mesure qu’elle grandit, comme le confirme le RHEED. in situ La spectroscopie photoélectronique à rayons X est utilisée pour vérifier la stœchiométrie du film avant et après l’étape de recuit, ainsi qu’après la croissance ultérieure de STO. Cette procédure fournit un cadre pour le dépôt d’oxydes de pérovskite supplémentaires sur des semi-conducteurs par des méthodes chimiques, en plus de l’intégration d’hétérostructures plus sophistiquées déjà réalisables par des méthodes physiques.

Introduction

matériaux pérovskites sont de plus en plus attrayant en raison de leur structure et leur myriade de propriétés cubique ou pseudocubique très symétrique. Ces matériaux, de formule générale ABO _3, consistent en des atomes A coordonnés avec les 12 atomes d'oxygène et des atomes B coordonnés avec six atomes d'oxygène. En raison de leur structure simple, mais large éventail d'éléments potentiels, matériaux pérovskites fournissent des candidats idéaux pour les dispositifs à hétérostructure. Hétérostructures d'oxydes épitaxiées disposent ferromagnétique, ^{^{^1-3}} contre / ferroélectrique, ⁴ multiferroïque,