science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Beeldvorming op nanoschaal van doteringsnanostructuren in op silicium gebaseerde apparaten

Krediet:Gramse et al.

Bij het fabriceren van geïntegreerde schakelingen en verschillende soorten op silicium gebaseerde apparaten, onderzoekers moeten doteer-nanostructuren op specifieke manieren en met hoge precisie positioneren. Echter, het rangschikken van deze structuren op nanometerschaal kan een uitdaging zijn, omdat ze door hun kleine formaat moeilijk te observeren en nauwkeurig te onderzoeken zijn. Onjuist knoeien met hen kan nadelige gevolgen hebben, die de algehele werking en beveiliging van een apparaat in gevaar kunnen brengen.

Met dit in gedachten, onderzoekers van de Johannes Kepler Universiteit (JKU), Keysight Technologies Labs, University College Londen (UCL), en IBM Research zijn onlangs begonnen met het ontwikkelen van een beeldvormingstechniek op nanoschaal die kan worden gebruikt om doterings-nanostructuren in op silicium gebaseerde apparaten met hoge precisie te observeren. De methode die ze ontwikkelden, gepresenteerd in een paper gepubliceerd in Natuur Elektronica , is het resultaat van jarenlang onderzoek, na een gezamenlijk Marie Curie-EU-project dat in 2016 van start ging.

"Bij JKU en Keysight Technologies Labs werkte ik aan de ontwikkeling van nieuwe karakteriseringstechnieken op nanoschaal die kunnen kijken naar elektrische eigenschappen op nanoschaal van kleine objecten onder het oppervlak van een materiaal, "Georg Gram, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "De grote vraag voor ons was:hoe klein kunnen we gaan of hoe diep kunnen we in het oppervlak kijken en toch doteringen of andere geleidende kenmerken zien? De vraag van onze collega's van het London Centre for Nanotechnology (LCN) en IBM die zich bij het team voegden even later was precies het tegenovergestelde:waar zijn onze doteringsstructuren? Zijn ze waar ze zouden moeten zijn, en zijn ze geactiveerd en geleidend?"

De onderzoekers van JKU en Keysight Technologies Labs ontwikkelden methoden die nanopatronen kunnen creëren van atomair dunne n-type (fosfor) en p-type (borium) doteringslagen in silicium, evenals hun resulterende pn-overgangen. Dit gebeurde in nauwe samenwerking met nanotechnologie-experts van de UCL en IBM.

Tot dusver, onderzoekers hebben geen enkele techniek gevonden die in staat is om de 3D-locatie en elektrische kenmerken van doteermiddel-nanostructuren in siliciumapparaten te meten en tegelijkertijd informatie te verzamelen over de ladingsdynamiek van dragers en opgesloten ladingen in hun omgeving. Om dit te behalen, Gramse en zijn collega's gebruikten een techniek die breedband elektrostatische krachtmicroscopie wordt genoemd. Deze methode kan afbeeldingen verzamelen met een hogere resolutie dan die welke zijn verzameld met behulp van standaard beeldvormingstechnieken en is ook niet-destructief, wat betekent dat het een apparaat niet beschadigt tijdens het verzamelen van metingen.

"Onze techniek lost lateraal op met 10 nm, zelfs als een kenmerk 15 nm onder het oppervlak is begraven, en detecteert de capaciteitssignatuur van ondergrondse ladingen bij frequenties tussen 1 kHz en 10 GHz, "Zei Gramse. "Een van de nadelen, gedeeld door andere nanoschaaltechnieken, is dat om deze hoge resolutie te geven het een schoon en relatief vlak oppervlak nodig heeft."

Gramse en zijn collega's waren een van de eersten die een techniek ontwikkelden die met succes kwantitatieve informatie over de diepte en het doteringsprofiel van nanostructuren in siliciumapparaten kan extraheren. Dankzij de methode die ze gebruikten, konden ze ook informatie verzamelen over de dynamiek van dragers en opgesloten ladingen rond deze structuren. Deze informatie kan uiteindelijk helpen bepalen of er vallen in het siliciumapparaat zitten, die de beweging van doteermiddelen erin kunnen belemmeren.

"Ik zie veel mogelijke toepassingsgebieden voor onze techniek, " zei Gramse. "We zullen nu doorgaan met het onderzoeken van functionele beeldvorming van dopingapparaten. Kijken naar de dynamiek van elektrische processen op nanoschaal is ook van groot belang in elektrochemie en energiematerialen, dus dit zal een ander onderwerp zijn om op te focussen in ons toekomstige werk."

© 2020 Wetenschap X Netwerk