Method Article

Silikon Üzerinde Yarı Silindirik Boşluklu Germanyum Epitaksiyel Tabakalarında Çıkığın Azaltılması için Teorik Hesaplama ve Deneysel Doğrulama

DOI:

10.3791/58897

⸱

July 17th, 2020

 ,  ,  , 
1Department of Materials Engineering, The University of Tokyo, 2Department of Electrical and Electronic Information Engineering, Toyohashi University of Technology, 3Department of Materials Science and Engineering, Massachusetts Institute of Technology

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Silikon üzerinde yarı silindirik boşluklar bulunan germanyum epitaksiyel tabakalarındaki diş açma çıkığı (TD) yoğunluğunun azaltılması için teorik hesaplama ve deneysel doğrulama önerilmiştir. TD'lerin ve yüzeyin görüntü kuvveti ile etkileşimine dayalı hesaplamalar, TD ölçümleri ve TD'lerin iletim elektron mikroskobu gözlemleri sunulmaktadır.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Epitaksiyel germanyumda (Ge) silikon (Si) üzerindeki diş açma çıkığı yoğunluğunun (TDD) azaltılması, monolitik olarak entegre fotonik devrelerin gerçekleştirilmesinde en önemli zorluklardan biri olmuştur. Bu yazıda TDD'nin azaltılması için yeni bir modelin teorik hesaplama ve deneysel doğrulama yöntemleri açıklanmaktadır. Teorik hesaplama yöntemi, TD'lerin ve seçici epitaksiyel büyümenin (SEG) düzlemsel olmayan büyüme yüzeylerinin çıkık görüntü kuvveti açısından etkileşimine dayanan diş açma çıkıklarının (TD'ler) bükülmesini tanımlar. Hesaplama, SiO2 maskelerindeki boşlukların varlığının TDD'yi azaltmaya yardımcı olduğunu ortaya koymaktadır. Deneysel doğrulama, ultra yüksek vakumlu kimyasal buhar biriktirme yöntemi ve aşındırma ve kesitsel iletim elektron mikroskobu (TEM) yoluyla yetiştirilen Ge'nin TD gözlemleri kullanılarak germanyum (Ge) SEG ile tanımlanır. TDD azalmasının, SiO2 SEG maskeleri ve büyüme sıcaklığı üzerinde yarı silindirik boşlukların varlığından kaynaklanacağı kuvvetle önerilmektedir. Deneysel doğrulama için, yarı silindirik boşluklara sahip epitaksiyel Ge katmanları, Ge katmanlarının SEG'si ve bunların birleşmesi sonucu oluşur. Deneysel olarak elde edilen TDD'ler, teorik modele dayanarak hesaplanan TDD'leri yeniden üretir. Kesitsel TEM gözlemleri, TD'lerin hem sonlandırılmasının hem de üretilmesinin yarı silindirik boşluklarda meydana geldiğini ortaya koymaktadır. Plan-view TEM gözlemleri, Ge'deki TD'lerin yarı silindirik boşluklarla benzersiz bir davranışını ortaya koymaktadır (yani, TD'ler SEG maskelerine ve Si substratına paralel olacak şekilde bükülmüştür).

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Epitaxial Ge on Si, Ge optik iletişim aralığında (1.3-1.6 μm) ışığı algılayabildiği / yayabildiği ve Si CMOS (tamamlayıcı metal oksit yarı iletken) işleme teknikleriyle uyumlu olduğu için aktif bir fotonik cihaz platformu olarak önemli ilgi görmüştür. Bununla birlikte, Ge ve Si arasındaki kafes uyumsuzluğu% 4.2 kadar büyük olduğundan, Si üzerindeki Ge epitaksiyel katmanlarında ~ 109 /cm2 yoğunlukta diş açma çıkıkları (TD'ler) oluşur. Ge fotonik cihazlarının performansları TD'ler tarafından bozulur, çünkü TD'ler Ge fotodetektörlerinde (PD'ler) ve modülatörlerde (MOD'lar) taşıyıcı üretim merkezleri olarak ve lazer diyotlarda (LD'ler) taşıyıcı rekom....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Teorik hesaplama prosedürü

  1. TD'lerin yörüngelerini hesaplayın. Hesaplamada, SEG maskelerinin TDD indirgemesi üzerindeki ART etkisini göz ardı edecek kadar ince olduğunu varsayalım.
    1. Büyüme yüzeylerini belirleyin ve bunları denklem (ler) ile ifade edin. Örneğin, Ek Video 1a ve Eq. (1)'de gösterildiği gibi, bir SEG Ge katmanının yuvarlak şekilli bir kesitinin zaman evrimini, zaman evrimi parametresi n = i, SEG Ge yükseklikleri (h i) ve SEG Ge yarıçapları (ri) ile ifade edin:

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Teorik Hesaplama

Şekil 3, 6 tür birleşik Ge katmanındaki TD'lerin hesaplanan yörüngelerini göstermektedir: burada, diyafram açıklığı oranını (APR) Wpenceresi / (Wpenceresi + Wmaskesi) olarak tanımlıyoruz. Şekil 3a , yuvarlak şekilli bir SEG orijinli birleşmiş APR = 0.8 Ge'sini göstermektedir. Burada 2/6 tank avcısı tuzağ.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışmada 4 x 107/cm2'lik TDD deneysel olarak gösterilmiştir. TDD'nin daha da azaltılması için, protokolde temel olarak 2 kritik adım vardır: SEG maskesi hazırlama ve epitaksiyel Ge büyümesi.

Şekil 4'te gösterilen modelimiz, APR, W pencere/(Wpencere + W maskesi) 0,1 kadar küçük olduğunda birleştirilmiş Ge'de TDD'nin 107/cm2'den daha düşük bir değere düşürülebileceğini göstermektedir. T.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyleri yoktur.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma, Japonya Eğitim, Kültür, Spor, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı'ndan (MEXT) Japonya Bilimi Geliştirme Derneği (JSPS) KAKENHI (17J10044) tarafından finansal olarak desteklenmiştir. Üretim süreçleri "Nanoteknoloji Platformu" (proje No. 12024046), MEXT, Japonya tarafından desteklenmiştir. Yazarlar, TEM gözlemleri konusundaki yardımları için Tokyo Üniversitesi'nden Bay K. Yamashita ve Bayan S. Hirata'ya teşekkür eder.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
AFMSII NanoteknolojiSPI-3800N
BHFDAIKINBHF-63U
CAD tasarımıAUTODESKAutoCAD 2013Yazılım
CH3COOHKanto-KagakuiçinAsetik Asit
CVDCanon ANELVAI-2100 SRE
GeliştiriciZEONZED
Geliştirici durulamaZEONZMD
EB yazıcıADVANTESTF5112+VD01
FırınKoyo Termo SistemKTF-050N-PA
HF, %0,5Kanto-Kagaku%0,5 HF
HF, %50Kanto-Kagaku%50 HF
HNO<3> %61Kanto-KagakuHNO3 1.38Elektronik
için I2Kanto-Kagakuİyot 100g
PhotoresistZEONZEP520A
Fotorezist sökücüTokyo OhkaHakuri-104
Yüzey Aktif MaddeTokyo OhkaOAP
TEMJEOLJEM-2010HC
Elektronik

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Giovane, L. M., Luan, H. C., Agarwal, A. M., Kimerling, L. C. Correlation between leakage current density and threading dislocation density in SiGe p-i-n diodes grown on relaxed graded buffer layers. Applied Physics Letters. 78 (4), 541-543 (2001).
  2. Wang, J., Lee, S.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Threading Dislocation DensityGermanium Epitaxial GrowthSelective Epitaxial GrowthSemicylindrical VoidsSilicon SubstratesTransmission Electron MicroscopyEtch Pit DensityUltra High Vacuum CVDSubstrate PatterningDislocation Image Force

Related Articles