חישוב תיאורטי ואימות ניסיוני להפחתת נקעים בשכבות גרמניום אפיטקסיאליות עם חללים סמי-גליליים על סיליקון

Summary

חישוב תיאורטי ואימות ניסיוני מוצעים להפחתת צפיפות פריקת השחלה (TD) בשכבות גרמניום אפיטקסיאליות עם חללים גליליים למחצה על סיליקון. מוצגים חישובים המבוססים על האינטראקציה של TDs ופני השטח באמצעות כוח תמונה, מדידות TD ותצפיות במיקרוסקופ אלקטרונים תמסורת של TDs.

Abstract

הפחתת צפיפות פריקת השחלה (TDD) בגרמניום אפיטקסיאלי (Ge) על סיליקון (Si) הייתה אחד האתגרים החשובים ביותר למימוש מעגלים פוטוניים משולבים מונוליטית. המאמר הנוכחי מתאר שיטות חישוב תיאורטיות ואימות ניסיוני של מודל חדשני להפחתת TDD. שיטת החישוב התיאורטית מתארת את כיפוף נקעי השחלה (TDs) בהתבסס על אינטראקציה של TDs ומשטחי צמיחה לא מישוריים של צמיחה אפיטקסית סלקטיבית (SEG) במונחים של כוח תמונת נקע. החישוב מגלה כי נוכחות של חללים על מסכות SiO₂ לעזור להפחית TDD. אימות ניסיוני מתואר על ידי גרמניום (Ge) SEG, באמצעות שיטת שיקוע אדים כימיים בוואקום גבוה במיוחד ותצפיות TD של Ge הגדל באמצעות תחריט ומיקרוסקופ אלקטרונים תמסורת חתך (TEM). מומלץ מאוד כי הפחתת TDD תהיה בשל נוכחותם של חללים גליליים למחצה מעל מסכות SiO₂ SEG וטמפרטורת הצמיחה. לצורך אימות ניסיוני, שכבות Ge אפיטקסיאליות עם חללים גליליים למחצה נוצרות כתוצאה של SEG של שכבות Ge והתלכדותן . ה-TDDs שהתקבלו בניסוי משחזרים את ה-TDDs המחושבים בהתבסס על המודל התיאורטי. תצפיות TEM בחתך רוחב מגלות כי הן הסיום והן היצירה של TDs מתרחשים בחללים גליליים למחצה. תצפיות TEM במבט תוכניתי חושפות התנהגות ייחודית של TDs ב-Ge עם חללים סמי-גליליים (כלומר, TDs מכופפים להיות מקבילים למסכות SEG ולמצע Si).

Introduction

Epitaxial Ge on Si משכה תחומי עניין משמעותיים כפלטפורמת התקנים פוטוניים פעילה מכיוון ש- Ge יכולה לזהות/לפלוט אור בתחום התקשורת האופטית (1.3-1.6 מיקרומטר) והיא תואמת לטכניקות עיבוד Si CMOS (מוליכים למחצה משלימים של תחמוצת מתכת). עם זאת, מכיוון שאי ההתאמה בסריג בין Ge ו- Si היא גדולה כמו 4.2%, נקעי השחלה (TDs) נוצרים בשכבות Ge epitaxial על Si בצפיפות של ~ 10⁹/cm². הביצועים של התקנים פוטוניים Ge מתדרדרים על ידי TDs מכיוון ש- TDs פועלים כמרכזי ייצור נשאים בפוטו-גלאים Ge (PDs) ומודולטורים (MODs), וכמרכזי רקומבינציה נשאים בדיודות לייזר (LD). בתורו, הם יגדילו את זרם הדליפה ההפוכה (_דליפת J) ב- PDs ו- MODs ^1,2,3<....

Protocol

1. הליך חישוב תיאורטי

1. חישוב מסלולים של TDs. בחישוב, נניח שמסכות SEG דקות מספיק כדי להתעלם מאפקט ART על הפחתת TDD.
   1. לקבוע משטחי צמיחה ולבטא אותם על ידי משוואה/ות. לדוגמה, בטאו את התפתחות הזמן של חתך בצורת חתך עגול של שכבת SEG Ge עם פרמטר התפתחות הזמן n = i, גבהים של SEG Ge (h i) ורדיסי SEG Ge (r_i), כפי שמוצג בסרטון המשלים 1a ו-Eq. (1):
      
   2. קבע כיוונים נורמליים עבור מיקום שרירותי על משטחי הצמיחה. עבור חתך הרוחב העגול SEG Ge, תאר את הקו הנורמלי ב- (x i , y

Results

חישוב תיאורטי

איור 3 מראה מסלולים מחושבים של TD ב-6 סוגים של שכבות Ge מאוחדות: כאן אנו מגדירים את יחס הצמצם (APR)_כחלון W/(_חלון W +_מסיכת W). איור 3a מראה מקור SEG בצורת עגול שהתלכד Ge של APR = 0.8. כאן, 2/6 TDs לכודים. איור 3b מראה מקור SEG בעל {113} פאות שהתלכד Ge של APR =0.8. כאן, 0/6 TDs ל.......

Discussion

בעבודה הנוכחית, TDD של 4 x 10⁷/cm² הוצגו באופן ניסיוני. להפחתת TDD נוספת, ישנם בעיקר 2 שלבים קריטיים בפרוטוקול: הכנת מסכת SEG וצמיחת Ge אפיטקסיאלית.

המודל שלנו המוצג באיור 4 מצביע על כך שניתן להפחית TDD מתחת ל-10⁷/cm² ב-Ge מאוחד כאשר APR,_חלון W/(_חלון W +_מסיכת W), קטן כמו 0.1. לקראת הפחתה נוספת של TDD, יש להכין מסכות SEG עם APR קטן יותר. כפי שצוין בשלב 2.1.2, ערכי המינימום של_חלון

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
AFM	SII ננוטכנולוגיה	SPI-3800N
BHF	DAIKIN	BHF-63U
עיצוב CAD	AUTODESK	AutoCAD 2013	תוכנה
CH3COOH	חומצה אצטית	Kanto-Kagaku	לאלקטרוניקה
CVD	Canon ANELVA	I-2100 SRE
מפתח	ZEON	ZED
מפתח שטיפה	ZEON	ZMD
EB סופר	ADVANTEST	F5112+VD01
תנור	Koyo Thermo System	KTF-050N-PA
HF, 0.5	Kanto-Kagaku	0.5% HF
HF, 50	Kanto-Kagaku	50% HF
HNO3, 61	Kanto-Kagaku	HNO3 1.38	עבור אלקטרוניקה
I2	Kanto-Kagaku	יוד 100 גרם
Photoresist	ZEON	ZEP520A
מסיר Photoresist	Tokyo Ohka	Hakuri-104
פעילי שטח	טוקיו Ohka OAP
TEM	JEOL	JEM-2010HC