Obliczenia teoretyczne i weryfikacja eksperymentalna redukcji dyslokacji w warstwach epitaksjalnych germanu z półcylindrycznymi pustkami na krzemie

Summary

Teoretyczne obliczenia i eksperymentalna weryfikacja są proponowane w celu zmniejszenia gęstości dyslokacji gwintów (TD) w warstwach epitaksjalnych germanu z półcylindrycznymi pustkami na krzemie. Przedstawiono obliczenia oparte na oddziaływaniu TD z powierzchnią za pomocą siły obrazu, pomiary TD oraz obserwacje TD za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego.

Abstract

Zmniejszenie gęstości dyslokacji gwintów (TDD) w epitaksjalnym germanu (Ge) na krzemie (Si) było jednym z najważniejszych wyzwań dla realizacji monolitycznie zintegrowanych obwodów fotonicznych. W artykule opisano metody obliczeń teoretycznych i weryfikacji eksperymentalnej nowego modelu redukcji TDD. Metoda obliczeń teoretycznych opisuje zginanie dyslokacji gwintów (TD) w oparciu o interakcję TD i niepłaskich powierzchni wzrostu selektywnego wzrostu epitaksjalnego (SEG) pod względem siły obrazu dyslokacji. Obliczenia pokazują, że obecność pustek na maskach SiO₂ pomaga zmniejszyć TDD. Weryfikacja eksperymentalna jest opisana za pomocą germanu (Ge) SEG, przy użyciu metody chemicznego osadzania z fazy gazowej w ultrawysokiej próżni i obserwacji TD wyhodowanego Ge za pomocą trawienia i transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM). Zdecydowanie sugeruje się, że redukcja TDD byłaby spowodowana obecnością półcylindrycznych pustek nad maskami SiO₂ SEG i temperaturą wzrostu. Do weryfikacji eksperymentalnej epitaksjalne warstwy Ge z półcylindrycznymi pustkami powstają w wyniku SEG warstw Ge i ich koalescencji. Uzyskane eksperymentalnie TDD odtwarzają obliczone TDD w oparciu o model teoretyczny. Przekrojowe obserwacje TEM ujawniają, że zarówno zakończenie, jak i generowanie TD zachodzi w półcylindrycznych pustkach. Obserwacje TEM w widoku planowym ujawniają unikalne zachowanie TD w Ge z półcylindrycznymi pustkami (tj. TD są wygięte tak, aby były równoległe do masek SEG i podłoża Si).

Introduction

Epitaksjalny Ge na Si cieszy się dużym zainteresowaniem jako platforma aktywnego urządzenia fotonicznego, ponieważ Ge może wykrywać/emitować światło w zakresie komunikacji optycznej (1,3-1,6 μm) i jest kompatybilny z technikami przetwarzania Si CMOS (komplementarny półprzewodnik z tlenku metalu). Ponieważ jednak niedopasowanie sieci między Ge i Si wynosi aż 4,2%, dyslokacje gwintów (TD) powstają w warstwach epitaksjalnych Ge na Si o gęstości ~10⁹/^cm2. Wydajność urządzeń fotonicznych Ge jest pogarszana przez TD, ponieważ TD działają jako centra generowania nośników w fotodetektorach Ge (PD) i modulatorach (MOD) oraz jako centra rekombinacji nośnik....

Protocol

1. Teoretyczna procedura obliczeniowa

1. Obliczanie trajektorii niszczycieli czołgów. W obliczeniach załóżmy, że maski SEG są wystarczająco cienkie, aby zignorować wpływ ART na redukcję TDD.
   1. Wyznacz powierzchnie wzrostu i wyraź je za pomocą równania (równań). Na przykład, wyraź ewolucję w czasie okrągłego przekroju poprzecznego warstwy SEG Ge za pomocą parametru ewolucji w czasie n = i, wysokości SEG Ge (h_i) i promieni SEG Ge (r_i), jak pokazano w filmie uzupełniającym 1a i równaniu (1):
      

Results

Obliczenia teoretyczne

Rysunek 3 pokazuje obliczone trajektorie niszczycieli czołgów w 6 typach połączonych warstw Ge: tutaj definiujemy współczynnik apertury (APR) jako_okno W/(_okno W +_maska W). Rysunek 3a pokazuje okrągłe źródło SEG połączone Ge o APR = 0,8. Tutaj w pułapce znajdują się niszczyciele czołgów 2/6.

Discussion

W niniejszej pracy eksperymentalnie pokazano TDD o wymiarach 4 x 10⁷/^cm2 . W celu dalszej redukcji TDD w protokole znajdują się głównie 2 krytyczne etapy: przygotowanie maski SEG i epitaksjalny wzrost Ge.

Nasz model pokazany na rysunku 4 wskazuje, że TDD może być zredukowane poniżej 10⁷/cm² w koalescencyjnym Ge, gdy APR,_okno W / (_okno W +_maska W), wynosi zaledwie 0,1. W celu dalszej reduk.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
AFM	SII NanoTechnology	SPI-3800N
BHF	DAIKIN	BHF-63U
CAD design	AUTODESK	AutoCAD 2013	Software
CH3COOH	Kanto-Kagaku	Kwas octowy	do elektroniki
CVD	Canon ANELVA	I-2100 SRE
Deweloper	ZEON	Płukanie
	Zeon	ZMP
EB	Writer ADVANTEST	F5112+VD01
Piec	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	dla elektroniki
I2	Kanto-Kagaku	Jod 100g
Photoresist	ZEON	ZEP520A
Zmywacz Photoresist	Tokyo Ohka	Hakuri-104
Środek powierzchniowo czynny	Tokyo Ohka	OAP
TEM	JEOL	JEM-2010HC