Name: 原子層堆積法を介してゲルマニウム上のペロブスカイト型チタン酸ストロンチウムのエピタキシャル成長 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-07-26T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 45 s
Description: 学ぶ原子層堆積法によるゲルマニウム基板上のペロブスカイト型酸化物エピタキシャル成長法。高誘電率結晶薄膜を低トラップ密度で実現し、マイクロエレクトロニクス製造への応用可能性を示す。

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この研究は、全米科学財団(CMMI-1437050およびDMR-1207342を受賞)、海軍研究局(助成金N00014-10-10489)、空軍科学研究局(助成金FA9550-14-1-0090)の支援を受けました。

ALD実験のためのSrとTi前駆体の準備1 <ol><li>グローブボックスの副室に、きれいな乾いたサチュレータ、新しい前駆体をロードします。空気や水分の適切なパージを確保するために、グローブボックスのロード手順に従ってください。主室に材料を転送します。 注：このグループは、社内建て飽和器を使用しています（ 図3を参照）、市販のコンポーネントと。飽和アセンブリの詳細については、具体的な試薬および器具の一覧に記載されています。 </li><li>ストロンチウム前駆体（ストロンチウムビス（triisopropylcyclopentadienyl）[Srの（iは 2）3 CpはPR]）およびチタン前駆体（チタンテトライソプロポキシド[Tiの（O- 私のPr）4]、TTIP）不活性雰囲気中（ 例えば 、グローブボックスに保管してください）メーカーが提供するオリジナルの包装を開封後。 注：このグループには、水分レベルなしグラムとグローブボックスを使用しています5ppmを超えるreater。 </li><li>前駆体は約2/3飽和（約5グラム）のガラス部分のを占めるように飽和に前駆体をロードします。 </li><li>飽和器を組み立て直しとタイトなシールが達成され、良好なリークを確保。 注：このグループはリークタイトなシールを達成するために、金属ガスケット面シール継手を使用しています。 </li><li>グローブボックスから充填サチュレータをアンロードし、ALDマニホールドに充填された飽和器を接続します。 注：ロード前駆体は、長期間にわたって複数回使用することができます。彼らは消費になると、このグループのシステム内の前駆体は、一般的に半年ごとに補充が必要です。 （ - 140°C 130）2（iは 3 CpはPR）SrがRTと、この研究のための動作温度の両方で茶色の液体です。 TTIPは透明な液体です。 TTIPは、典型的には、水分および/または空気汚染による劣化した場合、前駆体は、白色の固体に変わります。何VISIはありませんでしたこのグループで観測されたのSr（iは 3 CpはPR）2の前駆体劣化のBLE指標。 Sr前駆体の劣化は、一般的に（ 私は 3 CpはPR）2のSrを利用した反復可能なALD成長中のSr含有量の有意な減少（10％より大きい）によって検出されます。 </li></ol> 2.クリーニングのGe（001）基板<ol><li>小さなビーカー（25〜50ミリリットル）に上を向いたGe（001）基板（18ミリメートル×20ミリメートル）、研磨面を、配置します。アセトンで約1cmの高さにビーカーを埋めます。 10分間バス超音波処理器および超音波処理中にビーカーを置きます。 注：このグループには、ダイシングソーを用いて、18×20ミリメートル2片に切断し、片面研磨のGe 4内のウエハを、使用しています。フィルムの電気的測定が必要な場合はそれ以外のすべてのドーピングレベルとドーパントタイプが許容され、（この研究はρ≈0.04Ω・cmのとSbをドープしたGeウェハを使用しています）高濃度にドープされたn型のGeを使用してください。 </li><li>注ぐまたはGe基板を反転しないように注意しながら、廃棄物容器にアセトンの大部分をデカントします。イソプロピルアルコール（IPA）を入れたビーカーの壁をすすぎ、約1cmの高さに埋めます。廃棄物容器、IPA 1センチリフィルビーカー、さらに10分間超音波処理にIPAの大半を注ぎます。 </li><li>ステップ2.2を繰り返したが、脱イオン水でIPAを交換してください。 </li><li>ピンセットでビーカーから基板を取り外します。窒素ガンまたは他の乾燥した不活性ガスの流れで基板を乾燥させます。 </li><li> UVオゾンクリーナーで基板を置き、30分間クリーナーを実行します。 </li><li> UVオゾン洗浄した後、すぐに真空システムに基板をロードします。 </li></ol> 3.読み込み中のGe基板<ol><li>ロードロックに移送ラインサンプルキャリアカートを移動します。ロードロックを分離するためにゲートバルブを閉じます。 </li><li>ロードロックターボ分子ポンプの電源をオフにして、ロードロックを発散するために窒素ラインを開きます。コンプリート完全に排出するロードロックを待っている間に3.3ステップ。 </li><li> 20ミリメートル×20ミリメートルの試料ホルダーに、下向きに基板を研磨面を配置します。 注：すべての堆積は、サンプルを下に向けた状態で行われています。基板ホルダーの底部と同一平面であることを確認します。そうでない場合はRHEED実験は困難を経験することができ、フィルムが均一に析出しないことがあります。このグループが使用する試料ホルダは、図4に示されています。 </li><li>それは完全にガス抜きした後、ロードロックを開きます。オープンカートの位置のチャンネルをサンプルホルダーのタブを合わせ、所定の位置に下げることにより、オープンキャリア・カートの位置に試料ホルダーを配置します。 </li><li>ロードロックを閉じ、ロードロックターボ分子ポンプの電源をオンにします。窒素ラインを閉じます。 </li><li>ロードロック内の圧力はロードロックゲートバルブを開き、移送ラインを介して台車を移動する前に、約5.0×10 -7トルになるまで待ちます。 </li></ol> 4. Geの脱酸素<ol><li> MBEチャンバ内にGe基板を転送します。 </li><li> 10°C•の分で20°C•の分で550℃にGe基板温度をランプ-1した後、700℃まで-1。 1時間700℃で試料を保持した後、30°C•分-1ランプ速度で200℃まで試料を冷却します。 </li><li> RHEED使用代表的な結果の項で説明したように2×1再構成表面を確認する。26,39 </li><li>オプション：使用XPSは、Ge（001）基板は（セクション8に記載されている）の酸化物の自由であることを確認します。 </li></ol> Ge基板上へのSTOの5薄膜のALD成長<ol><li> 225ºCにALD反応器の温度を調整します。 </li><li> 40°C〜130への熱のSr（iは 3 CpはPR）2°CとTTIP。 RT（20〜25℃）で水を維持します。 ALDシステムに水蒸気の流れを調整しますニードルバルブを介して水の投薬圧力は1トルの周囲にあるような飽和に取り付けられています。堆積工程を通じて一定の前駆体の温度を維持します。 </li><li> 225℃に予熱し、熱平衡に到達するために、試料15分間待機されたALD反応器に真空中で試料を移します。 </li><li>機械式ポンプにターボ分子ポンプからALD反応炉の排気ポートを切り替えます。 </li><li> （このグループはアルゴンを使用しています）、不活性ガスの流れを可能にするために、流量制御装置の電源をオンにします。全体の成長プロセス中の1トルの動作圧力を維持します。 </li><li> 1：2であるとのTiへのSrの単位サイクル比を設定します。 15秒のアルゴンパージが続くのSrやTi前駆体の2秒の用量、にのSrとTiの単位サイクルを設定し、別の15秒間のアルゴンパージ水、続いての1秒量、。 </li><li>所望の厚さを達成するために、単位サイクルの数を調整します。 ALDサイクルシーケンスが含まれていることを確認可能な限り、個々のSrまたはTiの単位サイクルのわずか繰り返し。例えば、2のSr対Tiのサイクリングシーケンス図3は、1-SR続いて1-SR、1-Ti系、として実行されたときに、むしろ2-SRよりも2-Tiは、3-Ti系に続くより良い結果を達成します。 注：このグループは、Ge上に2nmの厚さのSTO膜を堆積させるために36単位サイクルを用います。 </li><li>オプション：使用XPS（セクション8に記載されている）膜組成を確認します。 </li></ol> STO膜の6アニーリング<ol><li>アニールチャンバ内に真空中で堆積させたサンプルを転送します。 </li><li> 20°C•の分の速度で650℃までサンプルを加熱-1 UHV条件下で（10 -9 - 10 -8トル）。 5分間650ºCの温度を保持し、同じ速度で200℃までサンプルを冷却します。 注：使用RHEEDは、アニーリングの結果を評価するために、代表的な結果のセクションに記載されているように26,39。 </li></ol> 7.フーSTOのrther成長<ol><li>繰り返しセクション5.1から5.5まで。 </li><li> 1と4：1の間に単位サイクル比を設定する3。各ユニットサイクル内の同じ投薬/パージコンポーネントを維持します。ステップ5.6で述べた原則に従ってシーケンスを設定します。 </li><li>意図された厚さを達成するために、単位サイクルの数を調整します。 </li><li>議定書の第6節に従って堆積した膜をアニール。 </li></ol> 8. XPS測定<ol><li> XPS分析チャンバ内にサンプルをロードし、X線源をオンにします。すべての適切なゲートを確認/ドアは偶発X線露光を防ぐために閉鎖されています。 </li><li>分析のための所望の（エネルギー範囲結合）の要素を選択することによって、新しいスキャンを作成、または既存のスキャンプログラムを選択します。 注：必要に応じて結合エネルギー範囲を手動で変更することができます。信号対雑音比を最適化するために、このようなパスエネルギー、励起エネルギー、ステップエネルギー、およびステップ時間などの他の設定を設定するが、残っ元素スペクトル間の比較可能性を維持するために、すべての要素のスキャンにわたって一定。 表1は、このグループが使用するスキャン設定を示しています。 </li><li>任意の充電が知られている要素のピークの結合エネルギー、531 eVの時のようなO 1Sを観察することによって、基板上に発生しているかどうかを確認してください。 注：ピークは、その既知の値からずれている場合は、充電が発生しています。 </li><li> XPSチャンバ内にフラッドガンを挿入し、充電が発生している場合にフラッドガンをオンにします。選択されたピークは、その正しい結合エネルギーにシフトバックされるように、サンプルからのフラッドガンエネルギー出力との距離を調整します。 </li><li>知られている要素のピークの下で観察領域（531 eVので、通常、O 1 秒ピーク）を最大化するためにステージ位置を操作します。 </li><li> XPSスキャンを実行し、データを収集します。 </li><li> X線源の電源をオフにして、XPSから試料を取り出します。 </li></ol>

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著者らは、開示することは一切競合する金融利害関係を持っていません。

ALDを使用してペロブスカイトエピタキシャルに成長させる場合、Ge基板の清浄度は、成功への鍵です。 Ge基板を脱脂、脱酸、および脱酸とSTO堆積の間の時間の間に費やす時間の量は、最小限に維持されなければなりません。サンプルはまださえUHV環境下での汚染物質の曝露の対象となっています。長期暴露が悪い膜成長の結果、外来の炭素又はGeの再酸化の再付着につながる可能性があります。このグループは、炭素汚染物質を除去するために広く使用されている脱脂手順（その後のUVオゾン曝露とアセトン/ IPA / DI-水中で超音波処理）を採用しています。 UHV条件下で酸素プラズマを用いた他の方法は、炭素汚染物質を除去するためにも使用することができる。39酸素プラズマはまた、Ge基板の表面を酸化するが、酸化物は、後続のGe還元プロトコルに除去することができます。ここで紹介するのGeO 2プロトコルの熱脱酸本研究では、ペロブスカイト成長のために有効です。 基板の清浄度に加えて、アニーリングステップ中に結晶化を達成するために、理想的には0.53と0.54のSr​​...

ペロブスカイト材料は、その対称性の高い立方又は疑構造および特性の無数にますます魅力的になってきています。これらの物質は、一般式ABO 3で、6個の酸素原子に配位し12個の酸素原子とB原子と配位原子から成ります。そのシンプルな構造、潜在的な要素のさらに広い範囲のために、ペロブスカイト材料は、ヘテロ構造デバイスのための理想的な候補を提供します。エピタキシャル酸化物ヘテロ構造は、強磁性自慢、 一から三反/強誘電体、4マルチフェロイック、5から8超伝導、7 - 。12と磁気抵抗機能13,14これらの望ましい電子的特性の多くは、界面と材料間のきれいな、急激な遷移にこのように依存しています。ペロブスカイトファミリーのメンバー間で共有ほぼ同一の構造及び格子定数は、優れたリットルを可能にatticeマッチングと、従って、高品質のインターフェース。容易に格子整合お互いだけでなく、いくつかの半導体に、ペロブスカイト型酸化物は現在、次世代型金属酸化膜半導体エレクトロニクスになってされています。 第1のペロブスカイトチタン酸ストロンチウムを用いて実証シリコンと結晶質酸化物のモノリシック集積は、マッキーらによるたSrTiO 3（STO）、15はペロブスカイト半導体の取り込みと電子デバイスの実現に向けた記念碑的なステップでした。分子線エピタキシー（MBE）が理由層ごとの成長のシリコン上の酸化物のエピタキシャル成長のための主要な技術と同様に、非晶質、界面SiO 2の形成を制御するために必要な調整可能な酸素分圧は16 - 19の典型的なMBE成長Si上STO（001）からのSiO 2のSrを支援脱酸することにより達成されます。超高真空（UHV）条件の下では、SrOが揮発性およびサブです熱蒸着にJECT。 SrOの熱力学ストロンチウム金属及びSiO 2よりも好ましいので、のSrの堆積は、SiO 2層から酸素を捕捉すると、得られたSrOの表面から蒸発します。このプロセス中に、シリコン表面は、二量体化ケイ素原子の列を形成する表面に2×1再構成を経験します。再構成表面上のSr原子の都合の良いことに、½単分子層（ML）のカバレッジは、これらの二量体の行で作成されたギャップを埋める。20½MLカバレッジは、酸素圧力を慎重に制御するとともに、界面のSiO 2を防止または制御することができ、保護層を提供その後の酸化物の成長中に形成さ21 - 23 STOの場合（及びペロブスカイト類似の格子整合を有する）、得られた格子が45°面内ように（001）STOの ‖（001） のSi（100）STO を回転させて‖ （110） のSi、Siの間でレジストリを可能にする（3.84STO上のわずかな圧縮歪みを持つオングストロームのSi-Si距離）とSTO（= 3.905Å）。このレジストリは、高品質のインタフェースと、彼らが持っている所望の特性のために必要です。 シリコンは、その界面酸化物の高品質の工業的に重要ななったが、SiO 2を使用すると、より小さなフィーチャーサイズで同等の性能が可能な材料のために段階的に廃止されています。 SiO 2の経験高いリーク電流時に超薄型、これはデバイス性能を低下させます。より小さなフィーチャーサイズの需要は、SiO 2と同等の性能を提供し、 係数k /3.9によってSiO 2のより物理的に厚く、高誘電率、kを有するペロブスカイト型酸化物膜で満たすことができました。また、代替半導体は、ゲルマニウムのように、原因のシリコンより高い電子と正孔移動度をより高速デバイス動作の可能性を提供します。24,25ゲルマニウムもINTERFを持っていますacial酸化物、のGeO 2が、SiO 2のとは対照的に、それが不安定と熱脱酸の対象となります。したがって、2×1再構成は、UHV下で単純な熱アニーリングによって達成可能であり、保護Srの層は、ペロブスカイト堆積中に、界面酸化物成長を防ぐために不必要である。26 MBEによって提供される増殖の見かけの容易さにもかかわらず、原子層堆積（ALD）は、酸化物材料の商業的生産のためにMBEよりスケーラブルで費用効果的な方法を提供する。27,28 ALDは自己である基材に気体前駆体の投与量を採用します基材表面との反応に限定します。したがって、理想的なALDプロセスでは、1原子層までのサイクルを投与任意の前駆体のために堆積され、同じ前駆物質の継続的な投薬は、表面上に追加の材料を堆積されません。反応性官能基は、酸化または還元前駆体（ 例えば 、多くの場合、共反応物質で復元されます水またはアンモニア）。以前の研究は、MBE経由で成長4ユニット・セル厚のSTOで緩衝化されていたようなアナターゼTiO 2の、のSrTiO 3、BaTiO 3を、およびSi上のLaAlO 3、（001）などの様々なペロブスカイト薄膜のALD成長を実証してきました。29 - 34結晶性酸化物の純粋にMBE成長では、½清浄なSi（001）上のSrの単層被覆は、技術（〜10 -7トル）に自生圧力下でのSiO 2の形成に対するバリアを提供するのに十分です。しかし、約1トルの典型的なALD操作圧力下で、以前の研究は、STOの4個の単位セルは、Siの表面を酸化回避するために必要であることが示されている。29 ここでは詳述した手順は、GeO 2を不安定性を利用し、MBE成長バッファ層を必要とせずに、ALDを介してゲルマニウム上のSTOのモノリシック集積化を実現しています。26をさらに、その上のGe-Geの原子間距離（3.992Å）（100）の表面は、Si（001）で観察されたSTOと類似したエピタキシャルレジストリを可能にします。ここで紹介する手順は、Geの上のSTOに固有であるが、わずかな修正は、ゲルマニウム上のペロブスカイト型フィルムの様々なモノリシック集積化を可能にすることができます。実際、結晶SrHfO 3とのBaTiO 3膜の直接のALD成長はGeの上で報告されている。35,36の追加の可能性が潜在的なゲート酸化物を含む、SrZrは、ALDのペロブスカイト成長の以前の研究で構築し、最後のTi 1-X Oの 3。37の xは 4ユニットセルSTO膜上にSi上の（001）29から34 STO / Siのプラットフォーム上に成長させることができ、任意のフィルムは、このようなのLaAlO 3とLaCoOとして、Geの上にALD-成長STOのバッファ膜上に成長させることができたことを示唆しています3。32,38酸化物ヘテロ構造とペロブスカイト型酸化物との間に著しい類似性が利用可能なプロパティの多くは、この手順を利用することができるトンを示唆していますOこのような工業的に実行可能な技術を使用して、以前に困難または不可能な成長の組み合わせを研究しています。 図1は、ALD、MBE、及び12フィートの搬送ラインで接続された分析チャンバを含む真空システムの概略図を示します。サンプルは、各チャンバ間の真空中で転送することができます。移送ラインの基準圧力は、三イオンポンプによって約1.0×10 -9トルに維持されます。商業角度分解紫外線およびX線光電子分光法（XPS）システムは、分析チャンバ内の圧力が約1.0×10 -9トルに維持されるように、イオンポンプで維持されます。 ALDリアクタ460 cm 3であり、20cmの長さの容量を有する長方形の特注のステンレス鋼容器です。 ALD反応器の概略図を図2に示されている。反応器は、ホットウォール、連続的なクロスフロー型反応器です。反応器に入れたサンプルは、基板の上面とチャンバ天井部と基板の底面とチャンバ床面との間に1.9 cmの間で1.7センチクリアランスを有します。専用電源によって給電加熱テープは、排気口を越えて約2 cmの入口からチャンバに巻き付けと反応器壁の温度制御を提供します。温度制御は、加熱テープおよび外部反応器壁との間に位置する熱電対によって撮影された温度測定値に応じて加熱テープに電力入力を調節します。次いで、反応器を完全にバリアックによって設けられた定電力の3つの追加の加熱テープで包み、アルミホイルカバー付きグラスファイバーウールの最終層は、均一な加熱を促進するために絶縁を提供します。さバリアックの出力が調整され、反応器の（専用の電源がオフになっている）アイドリング温度が約175℃であるようにします。反応器は、PASであります、異常に周囲の空気を介して冷却しました。基板温度（℃）T sは基板およびT C（℃）の温度で線形フィット方程式（1）を用いて算出されると直接装着基板を測定することによって得られる、反応器壁の温度であります熱電対。温度プロファイルは、移送ラインにリアクトルを接続するコールドゲートバルブによるチャンバの流れ方向に沿って存在します。流れ方向に垂直な温度分布は無視できます。温度プロファイルは、サンプルの前縁で、より豊かなSrの沈着を引き起こすが、サンプルに沿って組成変動は、XPSによると（サンプルの前縁と後縁の間に5％の差未満）小さいです。31の排気を反応器は、ターボ分子ポンプと機械式ポンプに接続されています。 ALDプロセス中、反応器を約1トルの圧力を維持するために、機械式ポンプにより圧送されます。それ以外の場合は、reactorの圧力はターボ分子ポンプにより2.0×10 -6トル以下に維持されます。 （1）T S = 0.977TのC + 3.4 MBEチャンバは、約2.0×10 -9トル以下の極低温ポンプでの基準圧力に維持されます。 MBEチャンバ内の様々な種の分圧は、残留ガス分析器によって監視されます。 H 2のバックグラウンド圧力は約1.0×10 -9トルであるO 2のものは、CO、N 2、CO 2、及びH 2 Oは、1.0未満×10 -10トルです。また、MBEチャンバはまた、6エフュージョンセルは、4つのポケット電子ビーム蒸着、原子状窒素プラズマ源および高精度の圧電リーク弁と原子酸素プラズマ源、反射高エネルギー電子回折（RHEEDを備えていますその場成長と結晶化の観察でリアルタイム用）システム。サムPLEマニピュレータは、基板は、酸素耐性シリコンカーバイドヒーターを用いて1000℃まで加熱することが可能となります。

<table><tbody><tr><td>MBE</td><td>用DCA</td><td>M600</td><td></td></tr>クライ<tr><td>オポンプ MBE</td><td>ブルックスオートメーション株式会社</td>MBEの<td>8</td><td></td></tr><tr><td>残留ガス分析計(MBE</td><td>エクストル社)</td><td>XT200M</td><td></td></tr><tr><td>ALD 反応チャンバー</td><td>ハンティントン機械研究所</td><td></td><td>カスタム製造、ホットウォール、ステンレス鋼、長方形 (~20&nbsp;cm長、460cm3)</td></tr><tr><td>ALD サチュレーター</td><td>Swagelok/Larson Electronic Glass</td><td>コメントを見る</td><td>スウェージロックとラーソン・エレクトロニック・グラスが供給する部品からカスタムメイドされています。サチュレーターは316ステンレス鋼とパイレックスで作られています。すべての部品は突合せ溶接で接続されています。スウェージロックのカタログ番号: SS-4-VCR-7-8VCRF、SS-4-VCR-1、SS-8-VCR-1-03816、SS-8-VCR-3-8MTW、316L-12TB7-6-8、SS-8-VCR-9、SS-4-VCR-3-4MTW、SS-T2-S-028-20ラーソン電子ガラスカタログ番号:SP-075-T。</td></tr><tr><td>サチュレーター用手動バルブ</td><td>Swagelok</td><td>SS-DLVCR4-Pおよび6LVV-DPFR4-P</td>は<td>、このグループで両ダイヤフラムシールバルブを交換可能に使用します。使用する特定のコネクタ(VCRオス/メス/など)は、実際のシステム設計によって異なります。</td></tr><tr><td>ALDバルブ</td><td>Swagelok</td><td>6LVV-ALD3TC333P-CV</td><td></td></tr><tr><td>ALDシステムチューブ</td><td>Swagelok</td><td></td><td>316Lチューブで、さまざまなサイズを取り揃えています。このグループは、1/4インチ</td></tr><tr><td>ALD電源</td><td>AMETEK Programmable Power、Inc.</td>の内径を使用しています。<td>Sorensen DCS80-13E</td><td></td></tr><tr><td>ALD温度コントローラー</td><td>Schneider Electric</td><td>Eurotherm 818P4</td><td></td></tr><tr><td>ALDバルブコントローラー&nbsp;</td><td>ナショナルインスツルメンツ</td>の<td>LabView</td><td>プログラムは、グループ内で開発された</td></tr><tr><td>XPS</td><td>VG Scienta</td><td></td><td></td></tr><tr><td>RHEED Staib</td><td>Instruments</td><td>CB801420</td><td>18 keV at ~3°deg; 入射角</td></tr><tr><td>RHEED分析システム</td><td>k-Space Associates</td><td>kSA 400</td><td></td></tr><tr><td>デジタルUVオゾンシステム</td><td>Novascan</td><td>PSD-UV 6</td><td></td></tr>オゾン<tr><td>除去システム</td><td>Novascan</td><td>PSD-UV OES-1000D</td><td></td></tr><tr><td>テトライソプロポキシドチタン (TTIP)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>87560</td><td>液相および気相で可燃性 &nbsp; &nbsp;</td></tr><tr><td colspan="4">[header]</td></tr><tr><td>ストロンチウムビス(トリイソプロピルシクロペンタジエニル)</td><td>エアリキード</td><td>HyperSr</td><td>は、空気と水に対して軽度に反応します。エア・リキードが提供する詳細情報は、https://www.airliquide.de/inc/dokument.php/standard/1148/airliquide-hypersr-datasheet.pdf</td></tr><tr><td>Ge (001) wafer</td><td>MTI Corporation</td><td>GESBA100D05C1</td><td>4", single-side polished Sb-doped wafer with &rho; &asymp; 0.04 &Omega;-cm Argon</td></tr><tr><td>(UHP)</td><td>Praxair</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Deionized Water</td><td></td><td></td><td>18.2 M&Omega;-cm</td> でご覧いただけます。</tr></tbody></table>

原子層堆積法を介してゲルマニウム上のペロブスカイト型チタン酸ストロンチウムのエピタキシャル成長

Epitaxial Growth of Perovskite Strontium Titanate on Germanium via Atomic Layer Deposition

原子層堆積法(ALD)は、電子材料に商業的に利用されている堆積法です。薄膜のALD成長は、気相前駆体と成長膜との間の自己制限反応を利用することにより、厚さ制御とコンフォーマル性を提供します。ペロブスカイト酸化物は、次世代の電子材料の可能性を秘めていますが、これまでは物理的な方法で成膜されることがほとんどでした。この研究では、ALDを使用してゲルマニウムにSrTiO3(STO)を堆積する方法について概説します。ゲルマニウムはシリコンよりも高いキャリア移動度を備えているため、デバイスの動作が高速な代替半導体材料を提供します。この方法は、ゲルマニウムの天然酸化物の不安定性を利用し、熱脱酸を使用してGe(001)表面を2×1構造に洗浄および再構築します。その後、厚さ2 nmのアモルファスSTOがALDによって堆積されます。STO膜は超高真空下でアニールされ、再構築されたGe表面で結晶化します。このアニーリングステップでは、反射高エネルギー電子回折(RHEED)を使用してSTO結晶化を監視します。STOの薄い結晶層は、RHEEDによって確認されたように、成長したままの結晶性であるSTOのその後の成長のテンプレートとして機能します。その場X線光電子分光法は、アニールステップの前後で、およびその後のSTO成長後にフィルムの化学量論を検証するために使用されます。この手順は、物理的手法ですでに達成可能なより高度なヘテロ構造の統合に加えて、化学的方法によって半導体上に追加のペロブスカイト酸化物を堆積するためのフレームワークを提供します。

洗浄および脱酸素Ge基板から図5及び図6は、典型的なX線光電子スペクトルとRHEED像。正常脱酸Ge基板は、その「スマイリーフェイス」2×1再構成されたRHEEDパターンを特徴とする。26,39に加えて、菊池ラインも清潔と試料の長距離秩序を示すRHEED像で観察される。40シャープネス、回折パターンの強度は、表面の清浄度を示します。 Geの3 次元 X線光電子スペクトルは、30 eVので観測されたGe 0ピークと、酸化Geのピークがあってはなりません。これは、531 eVのでO 1 の特徴が存在しないことによって確認することができます。 ALD成長STO膜は、 図6Bのように、成膜時のアモルファスと曇っRHEED像を介して例示されています</強いです...

この作品は、原子層堆積によりゲルマニウム基板上に直接結晶のSrTiO 3の成長と特性評価のための手順を詳しく説明しています。手順は、モノリシック金属酸化物半導体デバイスのための半導体の上に酸化物を統合するためのすべての化学的成長法の能力を示しています。

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and ...

本手順の全体的な目的は、将来のマイクロエレクトロニクスプラットフォームであるゲルマニウム上に直接、ガドリニウム酸化物として機能する高誘電率の結晶性ペロブスカイト酸化物を、スケーラブルなプロセスで成長させることです。この手法は、界面を横断して結合する結晶性酸化物が、極めて低いトラップ密度と界面状態を持つ膜を形成できるかという、マイクロエレクトロニクス分野における重要な疑問に応えることができます。この技術の主な利点は、製造現場での導入が容易であり、3次元デバイスアーキテクチャへも容易に拡張できる点にあります。一般的に、この手法を初めて行う方は、前駆体の取り扱いにおける習熟度の不足や、使用するリアクターのハードウェアに合わせて各ステップのシーケンス時間を調整することに苦労します。私たちがこの手法を考案したきっかけは、共同研究者が分子線エピタキシー法を用いてゲルマニウム上にペロブスカイトを直接成長させていたことであり、そのプロセスを原子層堆積法に適応させることができると考えました。サンプルの洗浄、転送ステップ、およびタイミングは、クリーンで再構成された成長表面を確保しつつ、他のシステムに合わせて変更する必要があるため、この手法の視覚的なデモンストレーションが極めて重要になります。本プロトコルにおいて、膜の電気的測定が必要な場合は、高ドープの無欠陥ゲルマニウムを使用してください。それ以外の場合は、あらゆるドープレベルおよびドープタイプが使用可能です。研磨面を上にしてゲルマニウム基板を小型ビーカーに入れます。アセトンを約1 cm加え、ビーカーをバス型超音波洗浄機に設置し、10分間超音波処理を行います。アセトンの大部分をデカンテーションで取り除きますが、ゼラニウムの基質を流し出したり、逆さまにしたりしないでください。次に、ビーカーの壁面をイソプロピルアルコールで洗浄し、液量がおよそ1 cmになるまで満たします。その後、その大部分を捨ててください。ビーカーに同量のイソプロパノールを補充し、超音波洗浄を繰り返します。次に、水を用いて洗浄手順を繰り返します。この際、基材を乱さないように注意してください。次に、ピンセットで基板を取り出し、窒素などの不活性ガス下で乾燥させます。続いて、UVオゾンクリーナーで基板を30分間洗浄します。残り8分になった時点でロードロックのベントを開始し、洗浄完了後すぐに基板を真空システムにロードできるようにします。基板の研磨面を下にして20 by 20 mmのホルダーに入れます。基板がホルダーの底面と面一（フラッシュ）になっていることを確認してください。真空システムが完全に排気された後、ロードロックを開きます。ホルダーのタブを空きキャリアカートのチャンネルに合わせて、サンプルホルダーを空きキャリアカートの位置に配置します。次に、ロードロックを閉じてロー

epitaxial-growth-perovskite-strontium-titanate-on-germanium-via

Research

JoVE Journal

Chemistry

化学

我々は、パルスレーザー堆積（PLD）、フォトリソグラフィ及びマイクロメートルスケールの複合酸化物デバイスを作成するためのワイヤボンディング技術の使用を記載している。...

空間的に閉じ込められた複合酸化物の作製

さまざまな手順が複合酸化物薄膜のエピタキシャル成長にアトミックに定義されたテンプレートを調製するために概説されている。単結晶のSrTiO 3（001）と、DyScO 3の化学処理は、（110）基板は、原子的に平滑な、単一の終端表面を得るために行った。のCa 2 Nbの3 O 10 -ナノシートは、任意の基板上でアトミックに定義されたテンプレートを作成するために使用された。...

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チタン酸ストロンチウム双結晶の形成に用いられるプラズマ焼結装置をスパーク

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この稿ではプロトコルを提案直接まだエピタキシャル成長するフレキシブル リード ジルコニウム...

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ここでは、有機テンプレートとして使用される自己組織化両親媒性界面活性剤ミセルの界面活性剤によるゾル-ゲル法による (3本) チタン酸バリウム多孔質セラミックス薄膜の合成のためのプロトコルを提案する.

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高品質ショットキー接触の達成はヘテロ構造電界効果トランジスタ (Hfet) の効率的なゲート変調を実現するために不可欠です。プラズマ援用分子線エピタキシによる GaN テンプレート上に成長した高密度 2 次元電子ガス (2 deg) と Zn 極性 BeMgZnO/酸化亜鉛ヘテロ構造をショットキー...

プラズマ援用分子線エピタキシー法により成長した Zn 極性 ZnO/BeMgZnO へテロ構造をショットキー ダイオードの作製

酸化物材料は、酸素含有量を調整することによって制御できる多くのエキゾチックな特性を示します。ここでは、パルスレーザー堆積パラメータを変化させ、ポストアニールを行うことにより、酸化物中の酸素含有量の調整を示します。一例として、SrTiO3ベースのヘテロ構造の電子特性は、成長修飾およびアニーリングによって調整される。...

成長・アニール時の酸素空孔制御による酸化物物性の調整

シリコン上に半円筒空隙を有するゲルマニウムエピタキシャル層におけるねじ切り転位(TD)密度の低減について、理論計算と実験的検証が提案されています。像力によるTDと表面の相互作用に基づく計算、TD測定、TDの透過型電子顕微鏡観察を示します。...

シリコン上に半円筒空隙を有するゲルマニウムエピタキシャル層の転位低減に関する理論計算と実験的検証

学ぶ原子層堆積法によるゲルマニウム基板上のペロブスカイト型酸化物エピタキシャル成長法。高誘電率結晶薄膜を低トラップ密度で実現し、マイクロエレクトロニクス製造への応用可能性を示す。

原子層堆積法を介してゲルマニウム上のペロブスカイト型チタン酸ストロンチウムのエピタキシャル成長

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