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

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.

1. Teorik hesaplama prosedürü
<ol><li>TD'lerin yörüngelerini hesaplayın. Hesaplamada, SEG maskelerinin TDD indirgemesi üzerindeki ART etkisini göz ardı edecek kadar ince olduğunu varsayalım.<ol><li>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 SE...

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 düşürül...

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 rekombinasyon merkezleri olarak çalışır. Buna karşılık, PD'lerde ve MOD'larda ters kaçak akımı (Jsızıntısı) 1,2,3'te ve LD'lerde 4,5,6'da eşik akımını (J th) artıracaklardı.
Ge on Si'de TD yoğunluğunu (TDD) azaltmak için çeşitli girişimlerde bulunulduğu bildirilmiştir (Ek Şekil 1). Termal tavlama, TDD'lerin hareketini uyararak TDD'nin tipik olarak 2 x 107/cm2'ye düşürülmesine yol açar. Dezavantajı, Si ve Ge'nin olası birbirine karışması ve fosfor 7,8,9 gibi Ge'deki katkı maddelerinin dışarı difüzyonudur (Ek Şekil 1a). SiGe derecelendirilmiş tampon tabakası 10,11,12, kritik kalınlıkları arttırır ve TDD'nin tipik olarak 2 x 10 6/cm2'ye düşürülmesine yol açan TD'lerin oluşumunu bastırır. Buradaki dezavantaj, kalın tamponun Ge cihazları ve altındaki Si dalga kılavuzları arasındaki ışık bağlantısı verimliliğini azaltmasıdır (Ek Şekil 1b). En boy oranı yakalama (ART)13,14,15, seçici bir epitaksiyel büyüme (SEG) yöntemidir ve tank avcılarını kalın SiO2 siperlerinin yan duvarlarında, tipik olarak <1 x 10 6/cm2'ye yakalayarak TD'leri azaltır. ART yöntemi, Si'nin çok üzerinde bulunan ve aynı dezavantaja sahip olan SiO 2 maskeleri üzerinde Ge'deki TDD'yi azaltmak için kalın bir SiO2 maskesi kullanır (Ek Şekil 1b, 1c). Si sütun tohumlarında Ge büyümesi ve16,17,18 tavlama, ART yöntemine benzer, yüksek en boy oranı ile TD yakalamayı sağlar Ge büyümesi, <1 x 105 /cm2'ye. Bununla birlikte, Ge birleşmesi için yüksek sıcaklıkta tavlama, Ek Şekil 1a-c'de (Ek Şekil 1d) aynı dezavantajlara sahiptir.
Yukarıda belirtilen yöntemlerin dezavantajlarından arındırılmış olan Si üzerinde düşük TDD Ge epitaksiyel büyümesi elde etmek için, SEG Ge büyümesinde şimdiye kadar bildirilen aşağıdaki iki temel gözleme dayanarak birleşmeye bağlı TDD indirgemesi19,20 önerdik 7,15,21,22,23 : 1) TD'ler büyüme yüzeylerine normal olacak şekilde bükülür (kesitsel iletim elektron mikroskobu (TEM) tarafından gözlenir) ve 2) SEG Ge katmanlarının birleşmesi, SiO2 maskeleri üzerinde yarı silindirik boşlukların oluşmasına neden olur.
TD'lerin büyüme yüzeyinden gelen görüntü kuvveti nedeniyle büküldüğünü varsaydık. Ge on Si durumunda, görüntü kuvveti, serbest yüzeylerden 1 nm uzaklıktaki vida çıkıkları ve kenar çıkıkları için sırasıyla 19 GPa ve 1,86 GPa kesme gerilmeleriüretir. Hesaplanan kayma gerilimleri, Ge24'te 60° çıkıklar için bildirilen 0,5 GPa'lık Peierls geriliminden önemli ölçüde daha büyüktür. Hesaplama, Ge SEG katmanlarında TDD azalmasını nicel olarak öngörmektedir ve SEG Ge büyümesi19 ile iyi bir uyum içindedir. TD'lerin TEM gözlemleri, Si20'de sunulan SEG Ge büyümesindeki TD davranışlarını anlamak için gerçekleştirilir. Görüntü kuvveti kaynaklı TDD indirgemesi, herhangi bir termal tavlama veya kalın tampon katmanından arındırılmıştır ve bu nedenle fotonik cihaz uygulaması için daha uygundur.
Bu makalede, önerilen TDD indirgeme yönteminde kullanılan teorik hesaplama ve deneysel doğrulama için özel yöntemler açıklanmaktadır.

<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

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).

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 ...

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

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.

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

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

Plasmonic geliştirilmiş Işık-tutucu ile Polycrystalline Silikon İnce-film Solar hücreler

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

Organofosfor Bileşikleri Kullanma Silikon Yüzeyler ve Nanotellerin monolayer İletişim Doping

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

Sıvı Ortamda Darbeli UV Lazer Radyasyonla Silikon Yüzey Islanabilirliği Seçici Alan Değişikliği

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

Transfer Baskı ile Hidrojene Mikrokristal Silikon Güneş Pilleri Işık Yakalama Gümüş Nanoyapıların Entegrasyonu

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

Nükleer Reaksiyon Analizi Derinlik Profiling yoluyla Yüzey ve Arayüz Katmanlar ve Dökme Malzeme Hidrojen Konsantrasyonları miktar tayini

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

İnsansı Robotlar ile Beyin Robot Etkileşimi Deneysel Prosedür SSVEP tabanlı

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

Spin ve açı çözüldü Photoemission spektroskopisi polarizasyon değişkenli lazer ile kombine için deneysel yöntemleri

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

Ex Situ ve yapısal dönüşümleri in Situ soruşturma yöntemleri: Metalik gözlük kristalleşme olgusu

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

Silikon nitrür membranlar üzerinde manyetik nanoyapıları imalatı transmisyon mikroskopisi teknikleri kullanarak manyetik girdap etütler

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

Silikon uçlu Fiber Optik algılama peron ile yüksek çözünürlüklü ve hızlı tepki

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