Oberflächenanalyse von Si/SiGe-Schichten

Diplomarbeit aus dem Jahr 1998 im Fachbereich Physik - Technische Physik, Johannes Kepler Universität Linz (Technisch-Naturwissenschaftliche Fakultät, Halbleiter- und Festkörperphysik), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Zusammenfassung:
In der vorliegenden Arbeit wurde ein Prozess entwickelt, der es erlaubt, die Versetzungsdichten in Si/SiGe Heterostrukturen zu bestimmen.
Dabei wurde im Besonderen Wert auf eine Einführung in die Untersuchungsmethoden der Oberflächenmorphologie von Nanostrukturen, mittels Atomkraft-, Rastertunnel-, und Polarisationsmikroskop, gelegt. Diese Arbeit soll für Interessierte einen erleichterten Einstieg in die Nanostrukturierung, der Methodik und der Terminologie diese Gebietes bringen, um im Anschluss ohne Probleme weiterführende Literatur studieren zu können.
Es wird auch speziell auf die Physik von Versetzungen in Festkörpern eingegangen und deren Arten der Sichtbarmachung, dabei werden auch die Grundprinzipien der Chemie von Ätzverfahren für Halbleiter besprochen.
Es wurden dabei zwei Verfahren zur Sichtbarmachung von Versetzungen untersucht. Im direkten Verfahren wurden die Proben, welche in der MBE-Anlage in Linz gewachsen wurden, direkt nach dem Wachstum unter das Atomkraftmikroskop gelegt. Dies sollte verhindern, dass sich störende Oxidschichten an der Oberfläche bilden und das Scannen der Oberfläche erschweren. Hierbei wurde auch der Einfluss eines Reinigungsschrittes, der aus H2SO4, HF und Methanol besteht, auf die Qualität der Scans untersucht. Es wurde versucht, direkt Versetzungsspiralen sichtbar zu machen. Dies erwies sich aus verschiedenen Gründen als eine sehr schwierige Aufgabe, und es gelang nur, laterale mono- und doppelatomare Stufen aufzulösen.
Als indirektes Verfahren wurde ein Versetzungsätzprozess auf der Basis von Cr(VI)O3 entwickelt. Diese Lösung ätzt selektiv die Probenoberfläche an den Stellen schneller an, an denen Fadenversetzungen die Oberfläche durchstoßen. Die Fadenversetzungsdichte kann hier mit Hilfe eines Polarisationsmikroskops bestimmt werden.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
1.Zusammenfassung1
2.Einleitung2
3.Si/SiGe Materialsystem4
3.1Allgemeines4
3.2Bandstruktur4
3.3Effektive Masse7
3.4Beweglichkeiten9
3.5Si/SiGe Heterostrukturen11
3.5.1Modulationsdotierte Si/SiGe Heterostrukturen11
3.5.2Typ I und Typ II Übergänge13
3.5.3Virtuelles Substrat14
3.5.4Eindimensionale Gitterbaufehler15
3.5.5Kritische Schichtdicke16
3.5.6Constant Composition Buffer16
3.5.7Linear Gradient Buffer18
3.5.8Vorstrukturierte Substrate18
3.5.9Cross Hatch19
4.Atomkraftmikroskop22
4.1Allgemeines22
4.2Scanner25
4.3Kontaktfreie Messung (No Contact Mode, NC-AFM)27
4.4Kontaktmessung (Contact Mode, C-AFM)28
4.5Spitzen29
5.Polarisationsmikroskop32
5.1Allgemeines32
5.2Phasenkontrastverfahren34
6.Nachweisverfahren37
6.1Allgemeines37
6.2Indirekte Nachweisverfahren38
6.2.1Reaktionkinetische Grundlagen38
6.2.2Strukturdefektätzung40
6.2.3Anisotropie der Ätzgeschwindigkeit41
6.2.4Ätzlösungssystem43
6.3Direkte Nachweisverfahren44
6.3.1Geometrie von Versetzungen44
6.3.2Burgers Vektor und Burgers Umlauf45
6.3.3Bewegung von Versetzungen48
6.3.4Elastische Eigenschaften von Versetzungen49
7.Ergebnisse und Diskussion54
7.1Ansetzen der Ätzlösung54
7.2Bestimmung der Ätzgeschwindigkeit54
7.3Reinigung der Proben57
7.4Bestimmung der Störstellendichte mittels Ätzen58
7.4.1Si-Referenzprobe58
7.4.2Si/SiGe-Schichten62
7.4.3Dünne Schichten67
7.4.4Dreidimensionales Wachstum68
7.5Atomare Auflösung und Versetzungsspiralen71
8.Ausblick76
9.Literaturverzeichnis77
10.Danksagung80
11.Lebenslauf81
12.Anhang82