Atomarer Transport und Defekte in Silizium-Germanium
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Unsere Untersuchungen zur Selbst- und Dotieratomdiffusion in Ge haben zu einem besseren Verständnis über die atomaren Mechanismen der Diffusion und die Natur der beteiligten Punktdefekte in Ge beigetragen und wurden vielfach zu einem Vergleich mit atomistischen Simulationen herangezogen. So wurden z.B. die Ladungszustände der Leerstellen in Ge und von Dotieratom-Leerstellen-Paaren eindeutig identifiziert. Die Erkenntnisse über die Wechselwirkung von Dotieratomen mit Kohlenstoff in Ge stimulierten auch technologisch ausgerichtete Studien, um die n-Typ Dotierstoffe P und As trotz ihrer beschleunigten Diffusion unter extrinsischen Dotierungsbedingungen für die Ge-CMOS Technologie zu nutzen. Unsere Arbeiten zu den p-Typ Dotieratomen in Ge klären die Ursache für die von der Dotierungskonzentration unabhängige Diffusion der Dotieratome und zeigen Mängel in theoretischen Voraussagen von Diffusionsaktivierungsenthalpien auf. Die Untersuchungen zur Selbstdiffusion in SiGe zeigen einen generellen Trend in der Abhängigkeit der Diffusionsaktivierungsenthalpien von der Legierungskonzentration, der ebenfalls für die Fremddiffusion nachgewiesen wurde und von atomistischen Berechungen zur Bindungsenthalpien von Dotieratom-Leerstellen-Paaren bestätigt wird. Experimente zur strahlungsinduzierten Selbstdiffusion in Ge lieferten sehr überraschende Ergebnisse, die nur unter der Annahme zu erklären sind, dass die Ge-Oberfläche keine geeignete Senke für Eigenzwischengitteratome darstellt. Diese Annahme wurde durch weitere Experimente zur Fremddiffusion von B, P und As unter Bestrahlung bestätigt. Unter Bestrahlung wird die Diffusion in Ge überwiegend durch Eigenzwischengitteratome beeinflusst, während unter thermischen Gleichgewichtsbedingungen Leerstellen dominieren. Ein solcher Wechsel im Diffusionsmodus ist für die Herstellung von Ge-basierten Halbleiterbauelementen sehr interessant. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, dass unter thermischen Bedingungen immobile Bor durch Bestrahlung zu mobilisieren und die unter thermischen Bedingungen sehr schnelle Diffusion von z.B. Phosphor in Ge zu verlangsamen. Die sich daraus ergebene Prozessführung zur Herstellung von Halbleiterbauelementen aus Germanium wurde als Patent angemeldet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Atomic transport in germanium and the mechanism of arsenic diffusion, Materials Science in Semiconductor Processing 9 (2006) 471-476
H. Bracht and S. Brotzmann
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Diffusion and defect reactions between donors, C and vacancies in Ge. I: Experimental results, Physical Review B 77 (2008) 235207-1(13)
S. Brotzmann, H. Bracht, J. Lundsgaard Hansen, A. Nylandsted Larsen, E. Simoen, E. E. Haller, J. S. Christensen, and P. Werner
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Diffusion and defect reactions between donors, C and vacancies in Ge. II. Atomistic calculations of related complexes, Physical Review B 77 (2008) 235208-1(7)
A. Chroneos, R. W. Grimes, B. P. Uberuaga, and H. Bracht
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Intrinsic and extrinsic diffusion of phosphorus, arsenic, and antimony in germanium, Journal of Applied Physics, 103 (2008) 033508-1(7)
S. Brotzmann and H. Bracht
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Interstitial-mediated diffusion in germanium under proton irradiation, Physical Review Letters 103 (2009) 255501-(4)
H. Bracht, S. Schneider, J.N. Klug, C.Y. Liao, J. Lundsgaard Hansen, E.E. Haller, A. Nylandsted Larsen, D. Bougeard, M. Posselt, and C. Wündisch
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Intrinsic and extrinsic diffusion of indium in germanium, Journal of Applied Physics 106 (2009) 063534-1(7)
R. Kube, H. Bracht, A. Chroneos, M. Posselt, and B. Schmidt
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Composition dependence of Si and Ge diffusion in relaxed Si1-xGex alloys, Journal of Applied Physics 107 (2010) 073520-1(6)
R. Kube, H. Bracht, J. Lundsgaard Hansen, A. Nylandsted Larsen, E. E. Haller, S. Paul, and W. Lerch
