Cálculo Teórico e Verificação Experimental para Redução de Deslocamento em Camadas Epitaxiais de Germânio com Vazios Semicilíndricos em Silício

Cálculo teórico e verificação experimental são propostos para uma redução da densidade de deslocamento de rosca (DT) em camadas epitaxiais de germânio com vazios semicilíndricos sobre silício. Cálculos baseados na interação de TDs e superfície via força de imagem, medições de TD e observações de microscópio eletrônico de transmissão de TDs são apresentados.

O germânio de deslocamento de baixo threading é muito importante para realizar chips fotônicos de silício de alto desempenho. Os vazios na interface germânio-silicone funcionam como coletores de deslocamento para reduzir a densidade de deslocamento do rosqueamento. Demonstrando o procedimento estará Mohammed Faiz, um aluno de mestrado do meu laboratório.

Para começar, defina as áreas de crescimento do germânio preparando um arquivo de design com padrões de linha e espaço e áreas de janela de silício em forma de quadrado usando software comercial. Em seguida, prepare uma máscara de crescimento epitaxial seletivo determinando a largura da janela e a largura da máscara, enquanto desenha retângulos clicando em abrir arquivo, depois em estrutura e na opção de retângulo ou polilinha usando o software. Para preparar substratos de p-silício dopados com boro com resistividade de um a 100 ohm centímetro, abra a tampa do forno tubular e carregue os substratos de silício no forno usando uma haste de vidro.

Comece a soprar gás nitrogênio seco no forno abrindo a válvula de gás. Em seguida, defina a vazão de gás para 0.5 litros por minuto controlando a válvula. Defina a temperatura de recozimento alterando o programa.

Quando a temperatura atingir 900 graus Celsius, feche a válvula de nitrogênio seco. Abra a válvula de oxigênio seco e mantenha-a por duas horas. Cubra os substratos de silicone oxidado com um surfactante usando um revestidor giratório e, em seguida, asse a 110 graus Celsius por 90 segundos em uma placa quente.

Após o revestimento do surfactante, cubra os substratos de silicone com um fotorresistente usando um revestidor de rotação, conforme demonstrado anteriormente. E depois leve ao forno a 180 graus Celsius por cinco minutos em uma chapa quente. Depois de preparar um revelador fotorresistente e um enxágue para o revelador em uma câmara de tiragem, mergulhe os substratos de silicone expostos no revelador por 60 segundos em temperatura ambiente.

Em seguida, coloque os substratos de silicone desenvolvidos em uma chapa quente para assar a 110 graus Celsius por 90 segundos. Em seguida, mergulhe os substratos de silicone em um ácido fluorídrico tamponado por um minuto para remover parte das camadas de dióxido de silício expostas ao ar como resultado da exposição e desenvolvimento do feixe de elétrons. Para remover o fotorresistente dos substratos de silicone, mergulhe em um removedor de fotorresistente orgânico por 15 minutos e depois em ácido fluorídrico diluído a 0,5% por quatro minutos para remover o óxido nativo fino nas regiões das janelas, mas para reter as máscaras de dióxido de silicone.

Para o crescimento epitaxial de germânio, carregue o silicone com máscaras de crescimento epitaxial seletivo em uma câmara de bloqueio de carga. Defina a temperatura de crescimento principal do buffer na guia Receita mostrada no computador de operação. Depois de determinar as durações para o crescimento principal do germânio para que as camadas de germânio de crescimento epitaxial seletivo se aglutinem com as adjacentes, clique em Iniciar na janela principal e o substrato de silicone é automaticamente transferido para a câmara de crescimento.

Como o substrato de silicone é transferido automaticamente da câmara de crescimento para a câmara de bloqueio de carga, ventile a câmara de bloqueio de carga e descarregue o substrato de silicone manualmente. Para medições de densidade de poço de gravação, dissolva 32 miligramas de iodo em 67 mililitros de ácido acético usando uma máquina de limpeza ultrassônica. Misture o ácido acético dissolvido em iodo com 20 mililitros de ácido nítrico e 10 mililitros de ácido fluorídrico.

Mergulhe os substratos de silicone cultivados em germânio na solução de coquetel ácido por cinco a sete segundos para formar poços gravados. Observe as superfícies de germânio gravadas com um microscópio óptico para garantir que os poços gravados sejam formados com sucesso. Para contar os poços gravados, põr a amostra gravada do germânio em uma fase do AFM e então aproxime-se da ponta de prova estalando a auto aproximação.

Decida a área de observação usando um microscópio óptico integrado com um AFM e faça a varredura de cinco áreas diferentes de 10 por 10 micrômetros. As densidades de deslocamento de rosqueamento em germânio coalescente originadas de 113 germânio de crescimento epitaxial seletivo facetado e redondo foram calculadas, demonstrando que a geração de deslocamento de rosqueamento ocorre apenas em interfaces e as densidades de deslocamento devem ser reduzidas com a taxa de abertura. Imagens de MEV e mapas de distribuição de camadas de germânio coalescentes ou não coalescidas foram obtidos, o que mostra que a coalescência ocorreu quando a largura da janela é menor que um micrômetro.

A densidade de deslocamento de rosqueamento para o germânio coalescido e cobertor foi estudada por AFM, o que mostra que a espessura das camadas de germânio foi reduzida para aquelas cultivadas a 700 graus Celsius. A interação do deslocamento do encadeamento com a superfície foi monitorada por imagens STEM e TEM de camadas de germânio coalescidas, demonstrando que o acúmulo de deformação ocorre no topo dos vazios semicilíndricos e o relaxamento de deformação na camada subsuperficial dos vazios, a fim de minimizar sua energia durante ou após o crescimento. As imagens TEM de uma camada de germânio coalescida e coberta mostram que o comprimento das linhas de defeito em germânio coalescido é maior do que aqueles em uma manta.

Imagens MET de uma pequena área com alta densidade de deslocamento de rosca foram obtidas para deslocamentos inclinados, indicando que o deslocamento do parafuso desapareceu quando o vetor de difração G foi alterado. Embora o deslocamento misto não tenha desaparecido, qualquer vetor de difração G foi escolhido. O protocolo mais importante neste procedimento é a padronização do substrato por litografia, seguida de um crescimento epitaxial de germânio.

E, infelizmente, devido à diferença da máquina, não podemos mostrar diretamente o protocolo. Em vez de usar o gravador de feixe de elétrons, o i-line step também é uma das máquinas que podem fazer a padronização e aplicá-lo ao epitaxial de germânio em diferentes tipos de segundo substrato.