Untersuchungen zum Wachstum von SiGe/Si Dots aus der Flüssigphase
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Um einen Einblick in die Wachstumsprozesse der SiGe-Nanostrukturen während der Flüssigphasenepitaxie zu gewinnen, wurde eine spezielle Wachstumskammer entwickelt. Diese erlaubt in Kombination mit vorpraparierten Proben das Wachstum unter Stickstoffatmosphare (im Gegensatz zu der prozesstechnisch schwieriger zu handhabenden Wasserstoffatmosphäre) und die Beobachtung des Wachstums an einer Synchrotronbeamline. Das Wachstum von SiGe-lnselstrukturen mit dem in-situ Probenaufbau unter Stickstoffatmosphäre wurde für die LPE-Anlage sowie für die in-situ Wachstumskammer belegt. Um den Röntgenstrahl mit den für die Versuchsbedingungen notwendigen Einfallswinkel auf die Probe zu leiten, ohne diese für das Streuexperiment kippen zu müssen, wurde eine Strahlablenkung entwickelt. Mit dieser wurde der Röntgenstrahl zunächst über zwei Kristalle koplanar in die Wachstumskammer geleitet. Die Funkfion der Ablenkopfik wurde am Synchrotron mit einer bekannten SiGe Referenzprobe untersucht. Für die letzten beiden Messzeiten konnte die Strahlablenkung mit nur einem Ablenkkristall realisiert werden, was zu einem deutlichen Intensitätsgewinn führte. Mit der bisher beschriebenen Kombination aus Wachstumskammer, vorpräparierten in-situ Proben und der Ablenkoptik wurden erfolgreich in-situ Messungen am Hasylab durchgeführt. Diese Messungen ermöglichten einen Einblick in den zeitlichen Verlauf der Wachstumsprozesse. So wurde erstmals die Entstehung des für die SiGe-lnseln bekannten Konzentrationsprofils in-situ beobachtet Die Röntgensignale belegen, dass das Wachstum mit germaniumarmen Bereichen am Inselfuß beginnt und mit fortschreitender Wachstumszeit sich zu höheren Germaniumgehalten verschiebt, was durch die zunehmende Relaxation vom Inselfuß zur Spitze begünsfigt wird. Weiterhin wurde das Auflösen der SiGe-Struktur durch erneutes Aufheizen nach dem Wachstumsschritt in-situ beobachtet. Ein wiederholtes Wachstum zeigt Reversiblität. Die Temperaturabhängigkeit des Germaniumgehaltes zeigt bei dem Wachstum-Lösen-Wachstum Prozess eine Hysterese. Die Form der Intensitätsverteilung aus den in-situ Versuchen ist nicht so detailreich wie die Exsitu Aufnahmen. Dafür sind Intensitätsveriuste infolge der Absorpfion verantwortlich. Ein weiterer Grund ist die Dispersion der Inselbasisbreite. Da aus den In-situ Röntgensignalen keine intensitätsschwachen Details wie z.B. Facettenrods oder Korrelationspeaks beobachtbar waren, wurden die In-situ Proben nachträglich analysiert. Dazu eignen sich elektronenmikroskopische Untersuchungen. Da sich auf der finalen Inselstruktur noch die Restschmelze befindet, muss diese entweder vorher entfernt werden oder es müssen Querschnitte präpariert werden, um die Schnittflächen zu analysieren. Diese Untersuchungen belegen das Wachstum von elastisch verspannten SiGe-lnseln, die mit Makroninseln und Restschmelze bedeckt sind.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Test measurements for the in-situ investigation of crystal growth from the liquid phase, HASYLAB annual report (2006)
S. Deiter, M. Hanke, C. Eisenschmidt, T. Boeck, G. Schadow, P. Schäfer
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In-situ growth observations of SiGe/Si nanoscale islands, HASYLAB annual report (2007)
S. Deiter, M. Hanke, C. Eisenschmidt, T. Boeck
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Growth observations of SiGe/Si islands by means of in-situ x-ray diffraction, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 1146-NN10-08 (2008)
S. Deiter, C. Eisenschmidt, T. Teubner, G. Schadow, U. Jendritzki, A.-K. Gerlitzke, F. Syrowatka, F. Heyroth, T. Boeck, M. Hanke
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In-situ investigation of SiGe/Si(001) islands grown by liquid phase epitaxy, HASYLAB annual report (2008)
S. Deiter, C. Eisenschmidt, T. Teubner, U. Jendritzki, G. Schadow, T. Boeck, M. Hanke
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Liquid phase epitaxy set-up designed for in situ X-ray study of SiGe island growth on (001) Si substrates, Cryst. Res. Tec. 43 (12), 1278 (2008)
Th. Teubner, U. Jendritzki, K. Böttcher, G. Schadow, R. Heimburger, A.-K. Gerlitzke, S. Deiter, Ch. Eisenschmidt, T. Boeck, R. Fornari, and M. Hanke
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In situ x-ray investigation of SiGe/Si islands grown by liquid phase epitaxy, Phys. Stat. Sol A 206(8), 1709-1713(2009)
S. Deiter, M. Hanke, C. Eisenschmidt, T. Boeck, T. Teubner, U. Jendritzki, A.-K. Gerlitzke, G. Schadow
