सिलिकॉन पर अर्ध-बेलनाकार रिक्तियों के साथ जर्मेनियम एपिटेक्सियल परतों में अव्यवस्था में कमी के लिए सैद्धांतिक गणना और प्रायोगिक सत्यापन
Summary
सिलिकॉन पर अर्ध-बेलनाकार रिक्तियों के साथ जर्मेनियम एपिटेक्सियल परतों में थ्रेडिंग डिस्लोकेशन (टीडी) घनत्व में कमी के लिए सैद्धांतिक गणना और प्रयोगात्मक सत्यापन प्रस्तावित है। छवि बल, टीडी माप और टीडी के ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप अवलोकनों के माध्यम से टीडी और सतह की बातचीत के आधार पर गणना प्रस्तुत की जाती है।
Abstract
सिलिकॉन (एसआई) पर एपिटेक्सियल जर्मेनियम (जीई) में थ्रेडिंग डिस्लोकेशन घनत्व (टीडीडी) में कमी मोनोलिथिक रूप से एकीकृत फोटोनिक्स सर्किट की प्राप्ति के लिए सबसे महत्वपूर्ण चुनौतियों में से एक रही है। वर्तमान पेपर टीडीडी की कमी के लिए एक नए मॉडल की सैद्धांतिक गणना और प्रयोगात्मक सत्यापन के तरीकों का वर्णन करता है। सैद्धांतिक गणना की विधि अव्यवस्था छवि बल के संदर्भ में चयनात्मक एपिटेक्सियल ग्रोथ (एसईजी) के टीडी और गैर-प्लानर विकास सतहों की बातचीत के आधार पर थ्रेडिंग अव्यवस्थाओं (टीडी) के झुकाव का वर्णन करती है। गणना से पता चलता है कि एसआईओ2 मास्क पर रिक्तियों की उपस्थिति टीडीडी को कम करने में मदद करती है। प्रायोगिक सत्यापन जर्मेनियम (जीई) एसईजी द्वारा वर्णित किया गया है, जिसमें एक अल्ट्रा-हाई वैक्यूम रासायनिक वाष्प जमाव विधि और नक़्क़ाशी और क्रॉस-सेक्शनल ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (टीईएम) के माध्यम से उगाए गए जीई के टीडी अवलोकनों का उपयोग किया जाता है। यह दृढ़ता से सुझाव दिया जाता है कि टीडीडी में कमी एसआईओ2 एसईजी मास्क और विकास तापमान पर अर्ध-बेलनाकार रिक्तियों की उपस्थिति के कारण होगी। प्रयोगात्मक सत्यापन के लिए, जीई परतों के एसईजी और उनके सहवास के परिणामस्वरूप अर्ध-बेलनाकार रिक्तियों के साथ एपिटेक्सियल जीई परतें बनती हैं। प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त टीडीडी सैद्धांतिक मॉडल के आधार पर गणना की गई टीडीडी को पुन: पेश करते हैं। क्रॉस-अनुभागीय टीईएम अवलोकनों से पता चलता है कि टीडी की समाप्ति और उत्पादन दोनों अर्ध-बेलनाकार रिक्तियों पर होते हैं। प्लान-व्यू टीईएम अवलोकन सेमीसिलिंडरिकल रिक्तियों के साथ जीई में टीडी के एक अद्वितीय व्यवहार को प्रकट करते हैं (यानी, टीडी एसईजी मास्क और एसआई सब्सट्रेट के समानांतर होने के लिए झुके हुए हैं)।
Introduction
Si पर Epitaxial Ge ने एक सक्रिय फोटोनिक डिवाइस प्लेटफॉर्म के रूप में पर्याप्त रुचियों को आकर्षित किया है क्योंकि Ge ऑप्टिकल संचार रेंज (1.3-1.6 μm) में प्रकाश का पता लगा सकता है / उत्सर्जित कर सकता है और Si CMOS (पूरक धातु ऑक्साइड अर्धचालक) प्रसंस्करण तकनीकों के साथ संगत है। हालांकि, चूंकि जीई और एसआई के बीच जाली बेमेल 4.2% जितना बड़ा है, इसलिए ~ 109 / सेमी2 के घनत्व पर एसआई पर जीई एपिटेक्सियल परतों में थ्रेडिंग डिस्लोकेशन (टीडी) बनते हैं। जीई फोटोनिक उपकरणों के प्रदर्शन को टीडी द्वारा खराब कर दिया जाता है क्योंकि टीडी जीई फोटोडिटेक्टर (पीडी) और मॉड्यूलेटर (एमओडी) में वाहक पीढ़ी केंद्रों के रूप में काम करता है, और लेजर डायोड (एलडी) में वाहक पुनर्संयोजन केंद्रों के रूप में काम करता है। बदले में, वे पीडी और एमओडी में रिवर्स लीकेज करंट (जेलीक) 1,2,3, और एलडी में थ्रेशोल्ड करंट (जेटीएच) 4,5,6 बढ़ाएंगे।
जीई ऑन सी (पूरक चित्रा 1) में टीडी घनत्व (टीडीडी) को कम करने के लिए विभिन्न प्रयासों की सूचना दी गई है। थर्मल एनीलिंग टीडी के आंदोलन को उत्तेजित करता है जिससे टीडीडी में कमी आती है, आमतौर पर 2 x 107/cm2 तक। दोष सी और जीई का संभावित इंटरमिक्सिंग और जीई में डोपेंट का आउट-डिफ्यूजन है जैसे कि फास्फोरस 7,8,9 (पूरक चित्रा 1 ए)। सिग वर्गीकृत बफर परत 10,11,12 महत्वपूर्ण मोटाई को बढ़ाती है और टीडी की पीढ़ी को दबा देती है जिससे टीडीडी में कमी आती है, आमतौर पर 2 x 106/सेमी 2 तक। यहां दोष यह है कि मोटी बफर जीई उपकरणों और सी वेवगाइड के बीच प्रकाश युग्मन दक्षता को कम करती है (पूरक चित्रा 1 बी)। पहलू अनुपात ट्रैपिंग (एआरटी) 13,14,15 एक चयनात्मक एपिटेक्सियल ग्रोथ (एसईजी) विधि है और मोटी एसआईओ 2 खाइयों के साइडवॉल पर टीडी को फंसाकर टीडी को कम करता है, आमतौर पर <1 x 106/सेमी2 तक। एआरटी विधि एसआईओ2 मास्क पर जीई में टीडीडी को कम करने के लिए एक मोटी एसआईओ2 मास्क का उपयोग करती है, जो एसआई से बहुत ऊपर स्थित है और इसमें एक ही दोष है (पूरक चित्रा 1 बी, 1 सी)। सी पिलर बीज और एनीलिंग16,17,18 पर जीई वृद्धि एआरटी विधि के समान है, जो उच्च पहलू अनुपात जीई विकास द्वारा टीडी ट्रैपिंग को <1 x 105/सेमी2 तक सक्षम बनाती है। हालांकि, जीई सहवास के लिए उच्च तापमान एनीलिंग में पूरक चित्रा 1 ए-सी (पूरक चित्रा 1 डी) में समान कमियां हैं।
उपरोक्त विधियों की कमियों से मुक्त एसआई पर कम-टीडीडी जीई एपिटेक्सियल विकास प्राप्त करने के लिए, हमने एसईजी जीई विकास 7,15,21,22,23 में अब तक रिपोर्ट किए गए निम्नलिखित दो प्रमुख अवलोकनों के आधार पर सहवास-प्रेरित टीडीडी कमी 19,20 का प्रस्ताव दिया है। : 1) टीडी को विकास सतहों (क्रॉस-सेक्शनल ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (टीईएम) द्वारा देखा जाता है) के लिए सामान्य होने के लिए झुकाया जाता है, और 2) एसईजी जीई परतों के सहवास के परिणामस्वरूप एसआईओ2 मास्क पर अर्ध-बेलनाकार रिक्तियों का निर्माण होता है।
हमने माना है कि विकास की सतह से छवि बल के कारण टीडी मुड़े हुए हैं। जीई ऑन एसआई के मामले में, छविबल क्रमशः मुक्त सतहों से 1 एनएम दूरी पर पेंच अव्यवस्थाओं और किनारे अव्यवस्थाओं के लिए 1.38 जीपीए और 1.86 जीपीए कतरनी तनाव उत्पन्न करता है। गणना की गई कतरनी तनाव जीई24 में 60 डिग्री अव्यवस्थाओं के लिए रिपोर्ट किए गए 0.5 जीपीए के पियरल्स तनाव की तुलना में काफी बड़ा है। गणना मात्रात्मक आधार पर जीई एसईजी परतों में टीडीडी कमी की भविष्यवाणी करती है और एसईजी जीई विकास19 के साथ अच्छे समझौते में है। एसआई20 पर प्रस्तुत एसईजी जीई विकास में टीडी व्यवहार को समझने के लिए टीडी के टीईएम अवलोकन किए जाते हैं। छवि-बल-प्रेरित टीडीडी कमी किसी भी थर्मल एनीलिंग या मोटी बफर परतों से मुक्त है, और इस प्रकार फोटोनिक डिवाइस अनुप्रयोग के लिए अधिक उपयुक्त है।
इस लेख में, हम प्रस्तावित टीडीडी कमी विधि में नियोजित सैद्धांतिक गणना और प्रयोगात्मक सत्यापन के लिए विशिष्ट तरीकों का वर्णन करते हैं।
Protocol
Representative Results
Discussion
वर्तमान कार्य में, 4 x 107/सेमी2 के टीडीडी को प्रयोगात्मक रूप से दिखाया गया था। आगे टीडीडी में कमी के लिए, प्रोटोकॉल के भीतर मुख्य रूप से 2 महत्वपूर्ण कदम हैं: एसईजी मास्क तैयार करना और एपिटेक्सियल जी…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को जापान सोसाइटी फॉर द प्रमोशन ऑफ साइंस (जेएसपीएस) काकेन्ही (17जे10044) द्वारा शिक्षा, संस्कृति, खेल, विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय (एमईएक्सटी), जापान से वित्तीय रूप से समर्थित किया गया था। निर्माण प्रक्रियाओं को “नैनो टेक्नोलॉजी प्लेटफॉर्म” (परियोजना संख्या 12024046), एमईएक्सटी, जापान द्वारा समर्थित किया गया था। लेखक टीईएम टिप्पणियों पर उनकी मदद के लिए श्री के यामाशिता और सुश्री एस हिराता, टोक्यो विश्वविद्यालय को धन्यवाद देना चाहते हैं।
Materials
| AFM | SII NanoTechnology | SPI-3800N | |
| BHF | DAIKIN | BHF-63U | |
| CAD design | AUTODESK | AutoCAD 2013 | Software |
| CH3COOH | Kanto-Kagaku | Acetic Acid | for Electronics |
| CVD | Canon ANELVA | I-2100 SRE | |
| Developer | ZEON | ZED | |
| Developer rinse | ZEON | ZMD | |
| EB writer | ADVANTEST | F5112+VD01 | |
| Furnace | 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 | for Electronics |
| I2 | Kanto-Kagaku | Iodine 100g | |
| Photoresist | ZEON | ZEP520A | |
| Photoresist remover | Tokyo Ohka | Hakuri-104 | |
| Surfactant | Tokyo Ohka | OAP | |
| TEM | JEOL | JEM-2010HC |
Referências
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