С помощью комбинации спектро-фотоэлектронной голографии, измерений электрических свойств и моделирования динамики из первых принципов удалось успешно выявить трехмерные атомные структуры легирующих примесей в кристалле полупроводника. Потребность в лучшем понимании атомной структуры легирующих добавок в полупроводниках ощущалась давно, главным образом потому, что текущие ограничения на активные концентрации легирующей примеси являются результатом дезактивации избыточных атомов легирующей примеси путем образования различных типов кластеров и других дефектных структур.
Поиск методов электрической активации легирующих примесей в полупроводниках с высокой эффективностью и / или при высоких концентрациях всегда был важным аспектом технологии полупроводниковых устройств. Однако, несмотря на различные успешные разработки, достижимая максимальная концентрация активных примесей остается ограниченной. Учитывая влияние легирующих атомных структур на этот процесс, эти структуры ранее были исследованы с использованием как теоретических, так и экспериментальных подходов. Однако до сих пор было трудно осуществить прямое наблюдение трехмерных структур расположения атомов легирующей примеси.
В этом исследовании Кадзуо Цуцуи из Tokyo Tech и его коллеги с участием исследователей из JASRI, Университета Осаки, Технологического института Нагои и Института науки и технологий Нара разработали спектро-фотоэлектронную голографию с использованием SPring-8 и использовали возможности фотоэлектронной голографии для определения концентрации примесей на разных участках, основанные на пиковых интенсивностях фотоэлектронного спектра, и классифицированные электрически активные / неактивные атомные узлы. Эти структуры напрямую связаны с плотностью носителей. В этом подходе мягкое рентгеновское возбуждение электронов остовного уровня приводит к испусканию фотоэлектронов из различных атомов, волны которых затем рассеиваются на окружающих атомах. Результирующая интерференционная картина создает фотоэлектронную голограмму, которая затем может быть захвачена электронным анализатором.
Фотоэлектронные спектры, полученные таким образом, содержат информацию из более чем одного атомного узла. Поэтому для получения фотоэлектронной голограммы отдельных атомных позиций выполняется подгонка пиков.
Комбинация этого метода с моделированием из первых принципов позволяет успешно оценить трехмерную структуру атомов легирующей примеси и оценить их различные состояния химической связи. Метод был использован для оценки трехмерной структуры атомов мышьяка, легированных на поверхность кремния. Полученные результаты полностью продемонстрировали возможности предложенного метода и позволили подтвердить несколько предыдущих результатов.Эта работа демонстрирует возможности спектро-фотоэлектронной голографии для анализа примесей в полупроводниках.
Этот метод позволяет проводить анализ, который трудно выполнить с помощью традиционных подходов, и поэтому он должен быть полезен при разработке улучшенных методов легирования и, в конечном итоге, для поддержки производства высокопроизводительных устройств.Весна-8
Название «СПринг-8» происходит от «Суперфотонное кольцо-8 ГэВ». Он принадлежит RIKEN и расположен в научном саду Харима, префектура Хёго, Япония. SPring-8 генерирует синхротронное излучение с высочайшими характеристиками в мире и был открыт в 1997 году для пользователей из университетов, исследовательских институтов и компаний.
Синхротронное излучение — это электромагнитная волна, которая возникает, когда электронные лучи, ускоренные почти до скорости света, изгибаются в сильном магнитном поле. На SPring-8 доступно синхротронное излучение высокой интенсивности в широком диапазоне энергий от инфракрасного до мягкого и жесткого рентгеновского излучения.