Name: theoretical calculation and experimental verification for dislocation reduction in germanium epitaxial layers with semicylindrical voids on silicon
Uploaded: 2020-07-17T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Theoretical Calculation and Experimental Verification for Dislocation Reduction in Germanium Epitaxial Layers with Semicylindrical Voids on Silicon at JoVE.co

تم دعم هذا العمل ماليا من قبل الجمعية اليابانية لتعزيز العلوم (JSPS) KAKENHI (17J10044) من وزارة التعليم والثقافة والرياضة والعلوم والتكنولوجيا (MEXT) ، اليابان. تم دعم عمليات التصنيع من قبل "منصة تكنولوجيا النانو" (المشروع رقم 12024046) ، MEXT ، اليابان. ياماشيتا والسيدة س. هيراتا، من جامعة طوكيو، على مساعدتهما في ملاحظات فريق الخبراء التقني.

1. إجراء الحساب النظري
<ol><li>حساب مسارات TD. في الحساب ، افترض أن أقنعة SEG رقيقة بما يكفي لتجاهل تأثير ART على تقليل TDD.<ol><li>تحديد أسطح النمو والتعبير عنها بالمعادلة (المعادلات). على سبيل المثال ، عبر عن التطور الزمني لمقطع عرضي دائري الشكل لطبقة SEG Ge باستخدام معلمة تطور الوقت n = i ، ارتفاعات SE...

في العمل الحالي ، تم عرض TDD من 4 × 107 / سم2 تجريبيا. لمزيد من تخفيض TDD ، هناك أساسا 2 خطوات حاسمة داخل البروتوكول: إعداد قناع SEG ونمو Ge فوق المحوري.
يشير نموذجنا الموضح في الشكل 4 إلى أنه يمكن تقليل TDD أقل من 107 / سم2 في Ge المندمجة عندما يكون APR ،<s...

اجتذب Epitaxial Ge on Si اهتمامات كبيرة كمنصة جهاز فوتوني نشطة حيث يمكن ل Ge اكتشاف / إصدار الضوء في نطاق الاتصالات الضوئية (1.3-1.6 ميكرومتر) وهو متوافق مع تقنيات معالجة Si CMOS (أشباه الموصلات المعدنية التكميلية). ومع ذلك ، نظرا لأن عدم تطابق الشبكة بين Ge و Si يصل إلى 4.2٪ ، تتشكل خلع الخيوط (TDs) في طبقات Ge الفوقية على Si بكثافة ~ 109 / سم2. يتدهور أداء الأجهزة الضوئية Ge بواسطة TDs لأن TDs تعمل كمراكز توليد حاملة في أجهزة الكشف الضوئي Ge (PDs) والمعدلات (MODs) ، وكمراكز إعادة تركيب الناقل في ثنائيات الليزر (LDs). في المقابل ، سيزيدون تيار التسرب العكسي (تسرب J) في PDs و MODs1،2،3 ، وتيار العتبة (Jth) في LDs4،5،6.
تم الإبلاغ عن محاولات مختلفة لتقليل كثافة TD (TDD) في Ge on Si (الشكل التكميلي 1). يحفز التلدين الحراري حركة TDs مما يؤدي إلى تقليل TDD ، عادة إلى 2 × 107 / سم2. العيب هو الاختلاط المحتمل بين Si و Ge وانتشار المنشطات في Ge مثل الفوسفور7،8،9 (الشكل التكميلي 1 أ). تزيد الطبقة العازلة المتدرجة SiGe 10،11،12 من السماكات الحرجة وتمنع توليد المواد الصلبة الذائبة مما يؤدي إلى تقليل TDD ، عادة إلى 2 × 10 6 / سم2. العيب هنا هو أن المخزن المؤقت السميك يقلل من كفاءة اقتران الضوء بين أجهزة Ge وأدلة موجات Si تحتها (الشكل التكميلي 1 ب). ملائمة نسبة العرض إلى الارتفاع (ART) 13،14،15 هي طريقة نمو فوقي انتقائي (SEG) وتقلل من TDs عن طريق محاصرة TDs في الجدران الجانبية لخنادق SiO 2 السميكة ، عادة إلى <1 × 10 6 / سم 2. تستخدم طريقة ART قناع SiO 2 سميك لتقليل TDD في Ge على أقنعة SiO2 ، والتي تقع أعلى بكثير من Si ولها نفس العيب (الشكل التكميلي 1b ، 1c). يشبه نمو Ge على بذور عمود Si والتلدين16،17،18 طريقة ART ، مما يتيح محاصرة TD بنسبة عرض إلى ارتفاع عالية نمو Ge ، إلى <1 × 10 5 / سم2. ومع ذلك ، فإن التلدين بدرجة حرارة عالية للاندماج Ge له نفس العيوب في الشكل التكميلي 1a-c (الشكل التكميلي 1 د).
لتحقيق نمو فوقي منخفض TDD Ge على Si خال من عيوب الطرق المذكورة أعلاه ، اقترحنا تخفيض TDD الناجم عن الالتحام 19,20 بناء على الملاحظتين الرئيسيتين التاليتين اللتين تم الإبلاغ عنهما حتى الآن في نمو SEG Ge7،15،21،22،23 : 1) تنحني TDs لتكون طبيعية لأسطح النمو (يتم ملاحظتها بواسطة المجهر الإلكتروني النافذ المستعرض (TEM)) ، و 2) يؤدي اندماج طبقات SEG Ge إلى تكوين فراغات نصف أسطوانية فوق أقنعة SiO2.
لقد افترضنا أن TDs عازمة بسبب قوة الصورة من سطح النمو. في حالة Ge على Si ، تولد قوة الصورة 1.38 GPa و 1.86 GPa إجهادات القص للخلع اللولبي وخلع الحواف على مسافات 1 نانومتر بعيدا عن الأسطح الحرة ،على التوالي 19. إجهادات القص المحسوبة أكبر بكثير من إجهاد بيرلز البالغ 0.5 جيجا باسكال المبلغ عنه لخلع 60 درجة في Ge24. يتنبأ الحساب بانخفاض TDD في طبقات Ge SEG على أساس كمي وهو يتفق جيدا مع نمو SEGGe 19. يتم إجراء ملاحظات TEM ل TDs لفهم سلوكيات TD في نمو SEG Ge المقدم على Si20. إن تقليل TDD الناجم عن قوة الصورة خال من أي تلدين حراري أو طبقات عازلة سميكة ، وبالتالي فهو أكثر ملاءمة لتطبيق الجهاز الضوئي.
في هذه المقالة ، نصف طرقا محددة للحساب النظري والتحقق التجريبي المستخدم في طريقة تخفيض TDD المقترحة.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:655px;" width="656">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:222px;">AFM</td>
			<td style="width:140px;">SII NanoTechnology</td>
			<td style="width:123px;">SPI-3800N</td>
			<td style="width:171px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">BHF</td>
			<td>DAIKIN</td>
			<td>BHF-63U</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">CAD design</td>
			<td>AUTODESK</td>
			<td>AutoCAD 2013</td>
			<td>Software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">CH3COOH</td>
			<td>Kanto-Kagaku</td>
			<td>Acetic Acid</td>
			<td>for Electronics</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">CVD</td>
			<td>Canon ANELVA</td>
			<td>I-2100 SRE</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Developer</td>
			<td>ZEON</td>
			<td>ZED</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Developer rinse</td>
			<td>ZEON</td>
			<td style="width:123px;">ZMD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">EB writer</td>
			<td>ADVANTEST</td>
			<td>F5112+VD01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Furnace</td>
			<td>Koyo Thermo System</td>
			<td>KTF-050N-PA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">HF, 0.5 %</td>
			<td>Kanto-Kagaku</td>
			<td>0.5 % HF</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">HF, 50 %</td>
			<td>Kanto-Kagaku</td>
			<td>50 % HF</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">HNO3, 61 %</td>
			<td>Kanto-Kagaku</td>
			<td>HNO3 1.38</td>
			<td>for Electronics</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">I2</td>
			<td>Kanto-Kagaku</td>
			<td>Iodine 100g</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Photoresist</td>
			<td>ZEON</td>
			<td>ZEP520A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Photoresist remover</td>
			<td>Tokyo Ohka</td>
			<td>Hakuri-104</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Surfactant</td>
			<td>Tokyo Ohka</td>
			<td>OAP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">TEM</td>
			<td>JEOL</td>
			<td>JEM-2010HC</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

theoretical calculation and experimental verification for dislocation reduction in germanium epitaxial layers with semicylindrical voids on silicon

كان تقليل كثافة خلع الخيوط (TDD) في الجرمانيوم الفوقي (Ge) على السيليكون (Si) أحد أهم التحديات لتحقيق دوائر ضوئية متكاملة متجانسة. تصف هذه الورقة طرق الحساب النظري والتحقق التجريبي لنموذج جديد للحد من TDD. تصف طريقة الحساب النظري انحناء خلع الخيوط (TDs) بناء على تفاعل TDs وأسطح النمو غير المستوية للنمو الفوقي الانتقائي (SEG) من حيث قوة صورة الخلع. يكشف الحساب أن وجود فراغات على أقنعة SiO2 يساعد على تقليل TDD. يتم وصف التحقق التجريبي بواسطة الجرمانيوم (Ge) SEG ، باستخدام طريقة ترسيب بخار كيميائي عالي الفراغ وملاحظات TD ل Ge المزروع عن طريق النقش والمجهر الإلكتروني المقطعي (TEM). يقترح بشدة أن تخفيض TDD سيكون بسبب وجود فراغات شبه أسطوانية فوق أقنعة SiO2 SEG ودرجة حرارة النمو. للتحقق التجريبي ، تتشكل طبقات Ge الفوقية مع الفراغات شبه الأسطوانية نتيجة لطبقات SEG من Ge واندماجها. تقوم TDDs التي تم الحصول عليها تجريبيا بإعادة إنتاج TDDs المحسوبة بناء على النموذج النظري. تكشف ملاحظات TEM المستعرضة أن كلا من إنهاء وتوليد TDs يحدث في فراغات شبه أسطوانية. تكشف ملاحظات TEM لعرض الخطة عن سلوك فريد من نوعه ل TDs في Ge مع فراغات نصف أسطوانية (على سبيل المثال ، يتم ثني TDs لتكون موازية لأقنعة SEG والركيزة Si).

الحساب النظري
يوضح الشكل 3 المسارات المحسوبة ل TDs في 6 أنواع من طبقات Ge المدمجة: هنا ، نحدد نسبة الفتحة (APR) لتكوننافذة W / (نافذة W +قناع W). يوضح الشكل 3 أ أصل SEG مستدير الشكل مدمج Ge من APR...

Watch this Scientific Journal Video about Theoretical Calculation and Experimental Verification for Dislocation Reduction in Germanium Epitaxial Layers with Semicylindrical Voids on Silicon at JoVE.co

Theoretical Calculation and Experimental Verification for Dislocation Reduction in Germanium Epitaxial Layers with Semicylindrical Voids on Silicon

تم اقتراح الحساب النظري والتحقق التجريبي لتقليل كثافة خلع الخيوط (TD) في طبقات الجرمانيوم الفوقية مع فراغات نصف أسطوانية على السيليكون. يتم تقديم الحسابات القائمة على تفاعل TDs والسطح عبر قوة الصورة وقياسات TD وملاحظات المجهر الإلكتروني النافذ ل TDs.

الحساب النظري والتحقق التجريبي لتقليل الخلع في طبقات الجرمانيوم فوق المحورية مع فراغات نصف أسطوانية على السيليكون

Reduction of threading dislocation density (TDD) in epitaxial germanium (Ge) on silicon (Si) has been one of the most important challenges for the ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Polycrystalline Silicon Thin-film Solar cells with Plasmonic-enhanced Light-trapping

الكريستالات السليكون الخلايا الشمسية الأغشية الرقيقة مع Plasmonic معززة للضوء للاحتباس

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To ...

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

الاتصال أحادي الطبقة المنشطات من السيليكون السطوح والأسلاك المتناهية الصغر عن طريق المركبات الفوسفورية العضوية

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

انتقائية المساحة تعديل السيليكون بلل السطح بواسطة الليزر النبضي للأشعة فوق البنفسجية تشعيع في البيئة السائلة

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

دمج ضوء الاصطياد الفضة النانوية في مهدرج الجريزوفولفين سيليكون الخلايا الشمسية عن طريق التحويل الطباعة

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Quantification of Hydrogen Concentrations in Surface and Interface Layers and Bulk Materials through Depth Profiling with Nuclear Reaction Analysis

الكمي لتركيز الهيدروجين في المياه السطحية واجهة الطبقات والمواد السائبة من خلال التنميط العمق مع تحليل التفاعلات النووية

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and ...

SSVEP-based Experimental Procedure for Brain-Robot Interaction with Humanoid Robots

SSVEP القائم على الإجراءات التجريبية للدماغ روبوت التفاعل مع مواصفات البشر الروبوتات

Brain-Robot Interaction (BRI), which provides an innovative communication pathway between human and a robotic device via brain signals, is prospective in ...

Experimental Methods for Spin- and Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy Combined with Polarization-Variable Laser

طرق تجريبية للدوران وزاوية حل فوتوميشن التحليل الطيفي جنبا إلى جنب مع الليزر الاستقطاب-متغير

The goal of this protocol is to present how to perform spin- and angle-resolved photoemission spectroscopy combined with polarization-variable 7-eV laser ...

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

Methods of Ex Situ and In Situ Investigations of Structural Transformations: The Case of Crystallization of Metallic Glasses

أساليب الموقع السابقين والتحقيق في عين المكان للتحولات الهيكلية: حالة بلورة نظارات معدنية

We demonstrate the use of two nuclear-based analytical methods that can follow the modifications of microstructural arrangement of iron-based metallic ...

Fabrication of Magnetic Nanostructures on Silicon Nitride Membranes for Magnetic Vortex Studies Using Transmission Microscopy Techniques

تصنيع النانو المغناطيسية في أغشية نيتريد السيليكون لدراسات دوامة مغناطيسية باستخدام تقنيات الفحص المجهري الإرسال

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared ...

A Silicon-tipped Fiber-optic Sensing Platform with High Resolution and Fast Response

منصة مقلوب السليكون الاستشعار الألياف الضوئية بدقة عالية واستجابة سريعة

In this article, we introduce an innovative and practically promising fiber-optic sensing platform (FOSP) that we proposed and demonstrated recently. This ...