Nanoskala billeddannelse af dopant nanostrukturer i silicium-baserede enheder

Ved fremstilling af integrerede kredsløb og forskellige typer siliciumbaserede enheder, forskere skal placere doping-nanostrukturer på specifikke måder med høje præcisionsniveauer. Imidlertid, at arrangere disse strukturer på nanometerskalaen kan være udfordrende, da deres lille størrelse gør dem svære at observere og nøje undersøge. Forkert manipulation med dem kan have skadelige virkninger, hvilket potentielt kan kompromittere en enheds overordnede funktion og sikkerhed.

Med det i tankerne, forskere ved Johannes Kepler University (JKU), Keysight Technologies Labs, University College London (UCL), og IBM Research har for nylig sat sig for at udvikle en billeddannelsesteknik i nanoskala, der kan bruges til at observere doping-nanostrukturer i siliciumbaserede enheder med høj præcision. Metoden de udviklede, præsenteret i et papir udgivet i Naturelektronik , er resultatet af flere års forskning, efter et fælles Marie Curie- EU-projekt, der startede i 2016.

"På JKU og Keysight Technologies Labs arbejdede jeg på udviklingen af ​​nye nanoskala karakteriseringsteknikker, der kan se på nanoskala elektriske egenskaber af små funktioner under et materiales overflade, "Georg Gramse, en af ​​de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Det store spørgsmål for os var:hvor små kan vi gå, eller hvor dybt ind i overfladen kan vi se og stadig se dopingstoffer eller andre ledende funktioner? Spørgsmålet fra vores kolleger ved London Centre for Nanotechnology (LCN) og IBM, der sluttede sig til teamet lidt senere var præcis det modsatte:Hvor er vores dopingstrukturer? Er de, hvor de burde være, og er de aktiverede og ledende?"

Forskerne ved JKU og Keysight Technologies Labs udviklede metoder, der kan skabe nanomønstre af atomisk tynde n-type (phosphor) og p-type (bor) doteringsmiddellag i silicium, såvel som deres resulterende p-n-kryds. Dette skete i tæt samarbejde med nanoteknologieksperter ved UCL og IBM.

Indtil nu, forskere har ikke fundet en eneste teknik, der er i stand til at måle 3D-placeringen og de elektriske karakteristika af doping-nanostrukturer i siliciumenheder, mens de også indsamler information om ladningsdynamikken for bærere og fangede ladninger i deres omgivelser. For at opnå dette, Gramse og hans kolleger brugte en teknik kaldet bredbånds elektrostatisk kraftmikroskopi. Denne metode kan indsamle billeder med en højere opløsning end dem, der er indsamlet ved hjælp af standard billedbehandlingsteknikker, og den er også ikke-destruktiv, hvilket betyder, at den ikke beskadiger en enhed, mens den indsamler målinger.

"Vores teknik løses lateralt med 10 nm, selvom et element er begravet 15 nm under overfladen, og detekterer kapacitetssignaturen for underjordiske ladninger ved frekvenser mellem 1kHz og 10GHz, " sagde Gramse. "En af dens ulemper, delt af andre nanoskalateknikker, er, at for at give denne høje opløsning, har den brug for en ren og relativt flad overflade."

Gramse og hans kolleger var blandt de første til at udvikle en teknik, der med succes kan udtrække kvantitativ information om dybden og dopantprofilen af ​​nanostrukturer i siliciumenheder. Den metode, de brugte, gjorde det også muligt for dem at indsamle information om dynamikken i bærere og fangede ladninger omkring disse strukturer. Denne information kan i sidste ende hjælpe med at afgøre, om der er fælder i siliciumenheden, som kan hindre bevægelsen af ​​dopingstoffer inde i den.

"Jeg ser mange mulige anvendelsesområder for vores teknik, " sagde Gramse. "Vi vil nu fortsætte med at undersøge funktionel billeddannelse af dopinganordninger. At se på dynamikken i elektriske processer på nanoskala er også af stor interesse i elektrokemi og energimaterialer, Derfor vil dette være endnu et emne at fokusere på i vores fremtidige arbejde."

© 2020 Science X Network