Epitaksiyel ince yarıiletken filmlerin ikincil iyon kütle spektrometre parametrelerinin incelenmesi

Abstract

Elektronik endüstrisinde, iletişim teknolojisinde ve optoelektronikle meydana gelen büyük ilerlemeler, HBT's, BiCMOS, fotonik gibi birçok aygıtları içine alan SiGe yarıiletken aygıtların gelişimine yol açmıştır. Borun silikon teknolojisinde p- tipi katkı olarak kullanılması, B-5 FETs gibi değişik aygıt uygulamaları için bor delta tabakalarının yapısal ve elektriksel özellikleri ile ilgili bir çok araştırmalara yön vermiştir. Moleküler Demet Epitaksi (MBE), ultra-yüksek vakum altında moleküler demetlerin kristal yüzeyi ile termal olarak etkileşerek yarıiletken bileşik filmlerin epitaksiyel büyütülmesi için kullanılan terimdir. MBE son derece ince tabakalı, hemen hemen atomik seviyede düzgün arayüzeyi olan yüksek kalitede yapıların büyütülmesine ve dik katkı değişimlerine izin verir. Bu çalışmada MBE kullanılarak Si altabakalar üzerine 10-20 periyodu Si/SiGe süperörgüler ve Si içinde üç bor delta tabakası elde edilmiştir. Mikroelektronik endüstrisindeki teknolojini ilerlemesi nedeniyle yarıiletken aygıtların ve ince filmlerin malzeme karekterizasyonu önem kazanmaya başlamıştır. İkincil kütle iyon spektrometresi (SIMS), malzemenin içindeki katkı ve safsızlık atomlarının derinliğin fonksiyonu olarak elde etmemizi sağlayan yüzey analiz tekniğidir. SIMS yüksek hassalığı ve derinlik rezolusyonu nedeniyle silikon tabanlı bileşenlerde kullanılmaktadır. Bu çalışmada silikon içinde bulunan delta tabakalarındaki B'un ve Si/SiGe süperörgüsü içindeki Ge'un dağılımı için SIMS analizi kullanılmıştır. SIMS analizi Ö2+ birincil demeti ile farklı enerji ve açılarda uygulanmıştır. Derinlik rezolusyonu, yüzeyin altından sökülen atom veya iyonun orijinal derinliğinde bulunmasındaki doğruluktur. Birincil demetin malzemeye yıkıcı etkisinden dolayı yüzey sökme işleminden önceki yüzeyle aynı olmadığı için rezolusyonda sınırlamalar oluşmuştur. Sökmenin neden olduğu örgü karışımım, geri- tepki karışımını, birincil iyon implantını ve difüzyon artışını içine alan atomik karışım nedeniyle rezolusyonda azalma oluşmuştur. Sonuç olarak bombardımanınhedef atomların yerlerini değiştirmesi nedeniyle başlangıçtaki keskin arayüzeyler genişlemektedir (atomik karışım). Bu tezin amacı MBE ile Si üzerine büyütülen SiGe/Si süperörgülerin ve B-8 tabakalarının SIMS parametrelerini açıklamaktır. SIMS derinlik profillerinden faydalanarak profil parametrelerinin birincil demet enerjisi (E), geliş açısı (9) ve nüfuz derinliğine (EcosG) göre grafikleri elde edilmiştir. Profil parametreleri pikler arası dinamik menzil, decade başına artan ve azalan kenarlar, yarı yükseklikteki tam genişliktir (FWHM). Bu parametreler tartışılmıştır ve literatüre uygun bulunmuştur.The tremendous growth in the electronics industry, and specifically iri communication technologies and optoelectronics, has led to the development of SiGe semiconductor devices that include HBT's, BiCMOS devices, photonic devices, and many others. The fact that boron is utilized p-type dopant in silicon technology has led to many investigations on the structural and electrical properties of B delta-doped layers for different device applications, such as B-8 FETs. Molecular Beam Epitaxy (MBE), is a term used to denote the epitaxial growth of compound semiconductors films by a process involving the reaction of one or more thermal molecular beams with a crystalline surface under ultra-high vacuum conditions. MBE permits the growth of very high quality structures with extremely thin layers, almost atomically smooth interfaces, and large and abrupt changes in doping. In this study, using MBE has been produced superlattice structures consisting of 20-10 period number alternate layers of Si/SiGe and three bor delta layers in Si on Si substrates. Materials characterization of semiconductor devices and thin films is becoming increasingly more important with the advent of new technology in the microelectronics industry. Secondary Ion Mass Specrometry (SIMS) is a surface analysis technique capable of dopant and impurity atoms within a material as a function of depth. The use of SIMS generally leads to very high sensitivity and depth resolution for silicon based components. In this study, SIMS has been employed to study the spatial localization of Bor in delta-doped Silicon and Ge in Si/SiGe superlattices. SIMS analysis have been performed using different angles and energies with Û2+ primary beam. Depth resolution is the precision which can be stated as the original depth beneath the surface of a sputtered atom/ion. The limitation to resolution has been arised because after having destructively bombarded a specimen with primary ions, the composition of that exposed surface is no longer the same as it was before sputtering began. Resolution degradation has been done atomic mixing, including* Vİj,,_ v cascade mixing, recoil implantation, primary ion implantation, and diffusion. enhancement, all caused by the sputtering process. Consequently, initially sharp interfaces is broadened by bombardment induced relocation of target atoms (atomic * mixing). The purpose of this thesis is to explore SIMS parameters of the MBE grown samples which are SiGe/Si superlattices and B-8 layers in Si. Graphs from SIMS depth profiles are produced for profile parameters as a function of primary beam energy (E), angle of incidence (9) and depth penetration (EcosQ). Profile parameters include interpeak dynamic range, leading and trailing edges per decade and Full Width Half Maximum (FWHM). These parameters are discussed and found to be comparable to the literature.