Διάχυση και ενεργοποίηση προσμίξεων τύπου p σε πυρίτιο υπό μηχανική τάση και γερμάνιο

Abstract

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη της επίδρασης των τεχνολογικών διεργασιών στην κινητική των προσμίξεων σε ημιαγωγούς της ομάδας IV καθώς και η διερεύνηση των φυσικών μηχανισμών που επηρεάζουν την κινητική των σημειακών ατελειών και κατ’ επέκταση τη διάχυση και ενεργοποίηση των προσμίξεων. Αρχικά μελετήθηκε η επίδραση της θερμικής ανόπτησης στην απώλεια δόσης των προσμίξεων στο γερμάνιο, η οποία είναι πολύ σημαντική για την κατασκευή διατάξεων. Από τα πειραματικά αποτελέσματα τόσο σε νοθευμένα όσο και σε μη-νοθευμένα υποστρώματα γερμανίου διαπιστώθηκε ότι, σε αντίθεση με ότι αναφέρεται στη βιβλιογραφία, η απώλεια δόσης της πρόσμιξης είναι αποτέλεσμα της απώλειας του υποστρώματος και όχι της εξω-διάχυσης της πρόσμιξης. Επιπλέον βρέθηκε ότι ο ρυθμός απώλειας συνδέεται με την συγκέντρωση των πλεγματικών κενών στο υπόστρωμα, γεγονός που υποδεικνύει ότι η απώλεια του υποστρώματος οφείλεται σε εξάχνωση του γερμανίου. Στην συνέχεια μελετήθηκε η κινητική των δύο βασικών προσμίξεων p-τύπου στο γερμάνιο, του Γαλλίου και του Βορίου, μετά από ιοντική εμφύτευση και ανόπτηση. Για την περίπτωση του Γαλλίου μελετήθηκε η διάχυση και ενεργοποίηση τόσο σε χαμηλές όσες και υψηλές συγκεντρώσεις. Διαπιστώθηκε ότι σε χαμηλές συγκεντρώσεις το Γάλλιο διαχέεται πολύ αργά σε συμφωνία με προηγούμενα πειραματικά αποτελέσματα, αν και παρατηρήθηκε μία αυξημένη τάση για εξω-διάχυση σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες από 650°C. Σε υψηλές συγκεντρώσεις, διαπιστώθηκε ότι το γάλλιο είναι σχεδόν ακίνητο γύρω από το μέγιστο της κατανομής του, ενδεικτικό της δημιουργίας συσσωματωμάτων και εμφανίζει αυξημένη διάχυση στην ουρά της κατανομής. Για την περίπτωση του Βορίου μελετήθηκε η κινητική της διάχυσης μετά από συν-εμφύτευση Βορίου και Φωσφόρου. Διαπιστώθηκε ότι η διάχυση του Βορίου δεν επηρεάζεται από την παρουσία του Φωσφόρου ακόμα και σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις. Σε αντίθεση η παρουσία του Βορίου σε υψηλές συγκεντρώσεις μπορεί να επιβραδύνει ή και να σταματήσει τη διάχυση του Φωσφόρου, ενδεικτικό ότι ο Φώσφορος κινείται κυρίως με διπλά φορτισμένα πλεγματικά κενά. Τέλος μελετήθηκε η επίδραση της οξεινιτριδίωσης στην διάχυση του γερμανίου από υποστρώματα SiGe σε υπερκείμενο υμένιο πυριτίου υπό μηχανική τάση και η επίδραση της στα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των διατάξεων MOS.