유기 화합물을 사용하여 실리콘 표면과 나노 와이어의 단층 연락 도핑

다음 실험의 전반적인 목표는 단층 접촉 도핑 방법을 사용하여 실리콘 웨이버 및 나노와이어의 얕은 도핑을 입증하는 것입니다. 이것은 자체 조립 단층의 형성을 위해 공여체 기질과 전구체 용액을 반응시킴으로써 달성됩니다. 단층은 잠재적인 도펀트 원자를 포함하며 잘 정의되고 제한된 도펀트 소스로 작용합니다.

두 번째 단계로, 기증자 기질은 표적 기질과 접촉하게 되고, 둘 다 급속 열 항문 시스템에서 무릎을 꿇습니다. 항문 과정 동안, 단층 분자는 분해되고 원자에 대한 doin은 공여체와 표적 기질 모두에 확산되어 활성화됩니다. 다음으로, 두 개의 기판을 분리하고 4점 프로브 설정을 사용하여 면저항을 측정합니다.

결과는 대상 기판에 대해 측정된 면저항 값의 일반적인 감소를 보여주며, 다양한 시간 및 온도에 대해 무릎을 꿇었습니다. 이온 주입과 같은 기존 방법에 비해 이 기술의 주요 장점은 매우 얕은 도핑 프로파일을 간단하면서도 안정적으로 형성할 수 있다는 것입니다. 이 방법은 나노 구조뿐만 아니라 모든 웨이퍼의 표면 도핑에 유용합니다.

또한 3D 장치 아키텍처 등과 같은 다른 시스템에도 사용할 수 있습니다. 실리콘과 실리콘을 유전체 기판으로 식별하여 표적으로 사용하고 공여체가 피라냐 솔루션으로 작업할 준비를 합니다. 과산화수소와 황산의 산성 피라냐 용액을 충분히 확보하여 여기에서 약 120 밀리리터의 기판을 덮습니다.

piranha 솔루션으로 작업하는 동안 각별히 주의하십시오. 기판을 적절한 홀더에 놓습니다. 홀더를 피라냐 용액에 15분 동안 삽입합니다.

15분 후 샘플이 든 홀더를 회수하고 모든 것을 탈이온수로 세 번 헹굽니다. 다음으로, 홀더와 기판을 약 140 밀리리터의 수산화 암모늄, 과산화수소 및 탈 이온수의 기본 페르하 용액에 담그십시오. 이것을 섭씨 60도의 초음파 수조에 8분 동안 넣고 목욕 후 샘플을 탈이온수로 세 번 헹군 다음 에탄올로 헹굽니다.

그런 다음 질소 흐름에서 건조시킵니다. 샘플을 섭씨 115도의 오븐에서 10분 동안 건조시킵니다. 단층 형성을 위해 압력 안전 바이알에 멜린의 테트라에틸 메틸렌 디포스페이트를 1% 부피 농도로 준비합니다.

약 20 밀리리터의 기질을 도너 기질로 덮을 수 있을 만큼 충분해야 합니다. 이 경우 핀셋을 사용하여 기질의 기질을 바이알로 옮기고 덮여 있는지 확인합니다. 그런 다음 바이알을 밀봉합니다.

섭씨 100도로 가열된 미네랄 오일 중탕을 사용하여 바이알을 2시간 동안 가열합니다. 그런 다음 바이알을 3분 동안 식힙니다. 바이알을 열고 샘플을 멜린에서 세 번, 디클로로 메탄에서 세 번 헹굽니다.

그런 다음 질소 흐름에서 바람으로 말리십시오. 나노와이어 합성은 현미경 유리를 세척하는 것으로 시작됩니다. 산소 플라즈마를 2분 동안 밀어 넣습니다.

슬라이드에 폴리 L Lycine 용액을 몇 방울 떨어뜨려 완전히 덮습니다. 5분 동안 기다린 다음 이온수로 헹구고 질소로 말리십시오. 이제 슬라이드에 금 콜로이드 용액 몇 방울을 떨어뜨려 슬라이드를 완전히 덮습니다.

2분 동안 기다립니다. 이온수로 헹구고 질소로 말리십시오. 산소 플라즈마를 사용하여 30초 동안 유기 오염 물질을 제거합니다.

금 나노 입자가 있는 유리 슬라이드를 화학 기상 증착 챔버에 삽입하고 배출하여 진행합니다. 섭씨 440도 및 35토르에서 초당 50 표준 입방 센티미터의 분자 수소 유량으로 챔버를 사전 평형화합니다. 그런 다음 초당 2개의 표준 입방 센티미터의 식염수를 흘려서 약 50마이크로미터 나노와이어를 얻어 증착 공정을 시작합니다.

30분 동안 증언을 수행합니다. 완료되면 현미경을 통해 나노와이어를 측정합니다. 전선을 측정한 후 나노와이어 필름이 있는 슬라이드를 놓습니다.

바이알에 에탄올을 넣어 슬라이드를 약 1cm 정도 덮습니다. 용액이 약간 탁해지면 바이알을 3초 동안 초음파 처리합니다. 핫플레이트를 섭씨 150도로 예열합니다.

그런 다음 그 위에 질화 규소, 이산화 규소, 실리콘 기판을 놓습니다. 가열된 표면에 나노와이어 현탁액을 몇 방울 떨어뜨립니다. 액체가 마르면 암시야 필터가 있는 광학 현미경을 사용하여 표면의 나노와이어 밀도를 확인합니다.

단일 나노와이어 소자의 높은 수율을 달성하기 위해 이 드롭 캐스트 공정은 약 20마이크로미터의 최소 나노와이어 길이로 평방 밀리미터당 약 100나노와이어의 표면 밀도를 생성해야 합니다. 도핑을 달성하려면 나노와이어가 있는 기판과 공여체를 접촉해야 합니다. 대상 기판을 급속 열 항문 챔버에 놓습니다.

앞면이 표적 기질을 향하도록 하여 도너 기질을 표적 기질에 놓습니다. 항문 과정을 시작합니다. 이 샘플은 6초 램프를 거칩니다.

실온에서 섭씨 1000도의 항문 온도까지의 시간을 40초 동안 유지했습니다. 단층 접촉 도핑 샘플이 만들어지면 저항을 측정할 준비를 합니다. 1% 불화수소산 용액을 얻고 샘플을 5분 동안 넣습니다.

산화물 층을 제거하려면 이온수로 헹굽니다. 그런 다음 이소프로판올을 사용하고 질소로 건조시킵니다. 4점 프로브 기법을 사용하여 면저항을 측정합니다.

적용되는 일반적인 전류는 1-10마이크로암페어입니다. 일반적인 포토리소그래피 기술은 나노와이어 소자를 개략적으로 생산하는 데 사용됩니다. 나노와이어가 포함된 샘플로 시작합니다.

샘플을 가열한 다음 회전시킵니다. 포토 레지스트로 코팅하십시오. 레지스트를 설정한 후 마스크 얼라이너를 사용하여 전극 패턴을 노출시키고 샘플을 현상합니다.

샘플을 헹구고 말리십시오. 그런 다음 전자 빔 증발기를 사용하여 표면에 니켈을 증발시킵니다. 마지막으로, 리프트오프를 수행하여 성공적으로 형성된 나노와이어 전계 효과 트랜지스터 소자의 위치를 찾고 해당 위치를 등록할 수 있는 장치를 밝힙니다.

암시야 필터가 있는 광학 현미경을 사용하십시오. 반도체 소자 분석기 및 프로브 스테이션 설정은 선택한 소자의 IV 곡선을 측정하는 데 사용됩니다. 전도성 스테이지를 분석기에 게이트 터미널로 연결합니다.

그런 다음 그 위에 샘플을 놓습니다. 프로브 바늘을 소스로 연결하고 드레인 단자를 분석기에 연결합니다. 그런 다음 프로브 스테이션의 현미경 카메라를 사용하여 프로브 바늘을 장치 근처로 가져오고 바늘로 전극을 부드럽게 만집니다.

측정을 계속합니다. 인 단층 접촉 도핑으로 진성 실리콘 웨이퍼를 처리하면 시트의 단조로운 감소가 발생하며, 저항 값은 ane 시간이 길어질수록 더 높은 anele 온도와 마찬가지로 더 높은 도핑 수준으로 이어집니다. 낮은 면저항 값은 활성화된 도핑 농도와 상관관계가 있으며, 더 낮은 면저항은 더 높은 도핑 수준을 나타냅니다.

연대기 시간의 추가 증가는 도슨트 선량이 제한되어 있기 때문에 시트 저항의 추가 감소를 초래하지 않습니다. 이 다이어그램은 나노와이어 전계 효과 트랜지스터의 IV 곡선을 보여줍니다. 검은색 곡선은 내장 장치에 대한 것입니다.

이것을 적당히 도핑된 단층의 파란색 곡선과 비교하십시오. 파란색으로 도프 FET에 문의하십시오. 섭씨 900도에서 몇 초 동안 무릎을 꿇고 있었습니다.

빨간색 곡선은 섭씨 1005도에서 10초 동안 무릎을 꿇은 고도의 도핑 장치에 대한 것입니다. 이 절차에 따라 도핑 농도 프로파일과 같은 특성을 추가로 특성화하기 위해 비행 시간, 2차 이온 질량 분광법과 같은 다른 방법을 수행할 수 있습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 웨이퍼 및 나노 와이어에서 매우 얕은 도핑 프로파일을 만들기 위해 모노 접촉 도핑 절차를 사용하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.