有機リン化合物を用いたシリコン表面およびナノワイヤの単層接触ドーピング

次の実験の全体的な目標は、単層接触ドーピング法を使用して、シリコンウェイバーとナノワイヤの浅いドーピングを実証することです。これは、ドナー基質を前駆体溶液と反応させて自己組織化単分子膜を形成することによって達成されます。単層には潜在的なドーパント原子が含まれており、明確に定義された限定的なドーパント源として機能します。

第2のステップとして、ドナー基質を標的基質に接触させ、両方が急速な熱肛門システムにひざまずきます。肛門のプロセス中に、単分子分子は分解し、ドインから原子はドナーと標的基質の両方に拡散して活性化されます。次に、2つの基板を分離し、4点プローブのセットアップを使用してシート抵抗を測定します。

結果は、ターゲット基板について測定されたシート抵抗値の典型的な減少を示しており、さまざまな時間と温度でひざまずいています。イオン注入のような既存の方法に対するこの技術の主な利点は、非常に浅いドーピングプロファイルをシンプルかつ確実に形成できることです。この方法は、ナノ構造だけでなく、すべてのウェーハの表面ドーピングにも有用です。

また、3Dデバイスアーキテクチャなどの他のシステムにも使用できます。ターゲットとして使用される誘電体基板を持つシリコンとシリコーンを特定し、ドナーはピラニア溶液を使用する準備をします。過酸化水素と硫酸の酸性ピラニア溶液を、ここの基質を約120ミリリットル覆うのに十分な量を入手してください。

ピラニアソリューションを使用するときは、細心の注意を払ってください。基板を適切なホルダーに入れます。ホルダーをピラニア溶液に15分間挿入します。

15分後、サンプルと一緒にホルダーを取り出し、すべてを脱イオン水で3回すすぎます。次に、ホルダーと基板を、水酸化アンモニウム、過酸化水素、脱イオン水の約140ミリリットルの塩基性パーハ溶液に浸します。これを摂氏60度の超音波浴に8分間入れます 浴の後、サンプルを脱イオン水で3回すすぎ、続いてエタノールですすいでください。

次に、窒素の流れの下でブロードライします。サンプルを摂氏115度のオーブンで10分間乾燥させます。単分子膜形成のために、圧力安全バイアル中のメリン中の1%容量濃度のテトラエチルメチレンジホスフェートを調製します。

ドナー基質を約20ミリリットル覆うのに十分な量があるはずです。この場合、ピンセットを使用してドナー基質をバイアルに移し、それらが覆われていることを確認します。次に、バイアルを密封します。

100°Cに加熱した鉱油浴を使用して、バイアルを2時間加熱します。次に、バイアルを3分間冷まします。バイアルを開き、サンプルをメリンで3回、ジクロロメタンで3回すすぎます。

次に、窒素の流れの下でそれらをブロードライします。ナノワイヤーの合成は、顕微鏡のガラスを洗浄することから始まります。酸素プラズマを2分間スライドさせます。

スライドにpoly L Lycine溶液を数滴垂らして、スライドを完全に覆います。5分間待ってから、イオン水ですすぎ、窒素でブロードライします。次に、スライドに金コロイド溶液を数滴塗布して、スライドを完全に覆います。

2 分間待ちます。イオン水ですすぎ、窒素でブロードライします。酸素プラズマを使用して30秒間有機汚染物質を除去します。

金ナノ粒子を含ませたスライドガラスを化学蒸着チャンバーに挿入し、排気しながら排気します。完全な 440°C、35°Cでチャンバーを平衡化し、毎秒50標準立方センチメートルの水素分子の流れでチャンバーを平衡化します。次に、毎秒2標準立方センチメートルの生理食塩水を流して堆積プロセスを開始し、約50マイクロメートルのナノワイヤーを取得します。

30分間の堆積を行います。完了したら、顕微鏡でナノワイヤーを測定します。ワイヤーを測定した後、スライドにナノワイヤーフィルムを貼ります。

バイアルにエタノールを加えてスライドを約1センチメートル覆います。バイアルを3秒間超音波処理し、その間に溶液がわずかに濁るはずです。ホットプレートを摂氏150度に予熱します。

次に、その上に窒化ケイ素二酸化ケイ素、シリコーン基板を置きます。加熱された表面にナノワイヤー懸濁液を数滴加えます。液体が乾いたら、暗視野フィルター付きの光学顕微鏡を使用して、表面のナノワイヤーの密度を確認します。

シングルナノワイヤデバイスを高収率で実現するためには、このドロップキャストプロセスにより、最小ナノワイヤ長が約20マイクロメートルで、1平方ミリメートル当たり約100ナノワイヤの表面密度を生成する必要があります。ドーピングを達成するためには、ナノワイヤを有する基板とドナーを接触させる必要があります。ターゲット基質を急速温肛門チャンバーに入れます。

ドナー基板を、前面をターゲット基板に向けてターゲット基板に置きます。アナルプロセスを開始します。これらのサンプルは、6 秒間のランプを受けます。

室温から1000°Cのアナル温度までの時間を40秒間保持しました。単層接触ドープサンプルが作成されたら、その抵抗を測定する準備をします。1%フッ化水素酸溶液を入手し、サンプルをその中に5分間置きます。

酸化層を除去するには、イオン化水ですすいでください。次に、イソプロパノールをブローして窒素でブロードライします。4点プローブ技術を使用してシート抵抗を測定します。

印加される一般的な電流は1〜10マイクロアンペアです。一般的なフォトリソグラフィー技術は、ナノワイヤデバイスを概略的に製造するために使用されます。ナノワイヤーを含むサンプルから始めます。

サンプルを加熱してから回転させます。フォトレジストを塗布します。レジストをセットした後、マスクアライナーを使用して電極パターンを露光し、サンプルを現像します。

サンプルをすすぎ、乾燥させます。次に、電子ビーム蒸発器を使用して、ニッケルを表面に蒸発させます。最後に、リフトオフを実行してデバイスを明らかにし、正常に形成されたナノワイヤ電界効果トランジスタデバイスを特定し、それらの位置を登録します。

暗視野フィルター付きの光学顕微鏡を使用してください。半導体デバイスアナライザーとプローブステーションのセットアップを使用して、選択したデバイスのIV曲線を測定します。導電ステージをゲート端子としてアナライザーに接続します。

次に、サンプルをその上に置きます。プローブ針をソース端子とドレイン端子としてアナライザーに接続します。次に、プローブステーションの顕微鏡カメラを使用して、プローブ針をデバイスに近づけ、針で電極にそっと触れます。

測定を進めます。リン単層接触ドーピングで真性シリコンウェーハを処理すると、シート抵抗値が単調に減少し、anele時間が長いほどドーピングレベルが高くなります。シート抵抗値が低いほど、活性化ドーピング濃度と相関し、シート抵抗が低いほどドーピングレベルが高いことを示します。

年間時間がさらに増加しても、ドーセント用量が制限されているため、シート抵抗がさらに減少することはありません。.この図は、ナノワイヤ電界効果トランジスタのIV曲線を示しています。黒い曲線は、組み込みデバイス用です。

これを、適度にドープされた単分子膜の青い曲線と比較してください。青のドープFETに接触します。それは摂氏900度で数秒間ひざまずくものでした。

赤い曲線は、摂氏1005度で10秒間ひざまずく、非常にドープなデバイス用です。この手順に続いて、飛行時間、二次イオン質量分析などの他の方法を実行して、ドーピング濃度プロファイルなどの特性をさらに特徴付けることができます。このビデオを見た後、ウェーハやナノワイヤに超浅いドーピングプロファイルを作成するためのモノラルコンタクトドーピング手順の使用方法を十分に理解しているはずです。