Nghiên cứu cấu trúc, tính chất của màng gesi pha tạp điện tử với hàng rào khuếch tán hfo2 al2o3 sin ứng dụng trong công nghệ cmos

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn khơng trùng lặp với khóa luận, luận văn, luận án cơng trình nghiên cứu cơng bố Người cam đoan Lê Trung Dũng ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành, sâu sắc tới TS Lương Thị Kim Phượng người dành cho thông cảm, động viên, ln giúp đỡ tận tình định hướng khoa học hiệu cho suốt thời gian học tập q trình thực luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn quan tâm, giúp đỡ thầy cô cán Khoa Kỹ Thuật Công Nghệ- Trường Đại Học Hồng Đức Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới cán Phòng sau Đại học Trường Đại học Hồng Đức Thanh Hóa ln tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt thời gian học tập hồn thiện luận văn Sau cùng, xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình, động viên bạn bè, học viên lớp Vật lý chất rắn, xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới gia đình tạo điều kiện giúp học tập nghiên cứu khoa học Nghiên cứu nằm khuôn khổ hợp tác Trường Đại học Hồng Đức Trường Đại học Aix- Marseille cộng hoà Pháp, tài trợ quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 103.02-2015.106 Tôi xin chân thành cảm ơn GS Lê Thành Vinh, TS Mohammad Ali Zrir nhóm nghiên cứu trường Đại học AixMarseille giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu hồn thiện luận văn Thanh Hóa, tháng năm 2017 Tác giả Lê Trung Dũng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH VẼ viii MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục tiêu luận văn Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn Chương TỔNG QUAN 1.1 Cấu trúc vùng lượng Germanium 1.2 Ảnh hưởng ứng suất căng lên cấu trúc vùng lượng Ge 1.3 Pha tạp điện tử tác động lên tính chất quang màng Ge CHƯƠNG MỘT SỐ KỸ THUẬT VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 12 2.1 Chế tạo màng mỏng Germanium đế Silic 12 2.1.1 Tăng trưởng màng Ge hệ thống MBE (Molecular Beam Epitaxy) 12 2.1.2 Kiểm soát bề mặt màng hệ đo RHEED (Reflection High-Energy Electrons Diffraction) 14 2.2 Khảo sát tính chất màng Ge sau tăng trưởng 16 2.2.1 Kiểm tra cấu trúc màng Ge kính hiển vi điện tử TEM (Transmission Electron Microscopy) 16 iv 2.2.2 Đo phổ huỳnh quang màng Ge máy đo quang phát quang PL (Photoluminescence spectroscopy) 19 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 22 3.1 Tăng nồng độ điện tử màng Ge phương pháp đồng pha tạp với Phốtpho Antimon 22 3.2 Sự ảnh hưởng nhiệt độ tăng trưởng trình xử lý nhiệt lên chất lượng tinh thể cường độ huỳnh quang màng Ge đồng pha tạp P Sb sử dụng hàng rào khuếch tán HfO2 24 3.2.1 Màng Ge đồng pha tạp P Sb sử dụng hàng rào khuếch tán HfO2 24 3.2.2 Sự biến đổi cường độ huỳnh quang có khơng có hàng rào khuếch tán HfO2 28 3.2.3 So sánh ảnh hưởng loại vật liệu làm hàng rào khuếch tán khác đến kết cấu tính chất quang học màng Ge đồng pha tạp 30 3.3 Ảnh hưởng trình xử lý nhiệt lên giá trị ứng suất căng màng Ge pha tạp có hàng rào khuếch tán 34 KẾT LUẬN 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CMOS: Complimentary Metal Oxide Semiconductor CVD (Chemical Vapor Deposition): Lắng đọng hóa học từ pha MBE (Molecular Beam Epitaxy): Epitaxy chùm phân tử PL (Photoluminescence spectroscopy): Phổ huỳnh quang RHEED (Reflection High-Energy Electrons Diffraction): Nhiễu xạ điện tử phản xạ lượng cao SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry): Phổ khối Ion thứ cấp SK: Mơ hình tăng trưởng Straski-Krastanov TEM (Transmission Electron Microscopy): Kính hiển vi điện tử truyền qua XRD (X-ray Diffraction): Nhiễu xạ tia X vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ε//: Ứng suất căng theo phương song song với mặt ε﬩: Ứng suất căng theo phương vng góc với mặt θ: góc chiếu nhiễu xạ λ: Bước sóng ánh sáng vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Độ rộng vùng cấm độ linh động lỗ trống điện tử chất nhóm IV chất bán dẫn nhóm III-V Bảng 1.2 Tính tan chất nhóm V dùng để pha tạp điện tử lên màng Germani Bảng 2.1 Các bước làm hóa học…………………………………13 viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc vùng lượng Ge nhiệt độ 300K Hình 1.2 Biểu đồ lượng Ge thể chênh lệch chuyển mức trực tiếp gián tiếp khoảng 0,14eV Hình 1.3 Mơ hình tăng trưởng Stranski-Krastanov Hình 1.4 Ảnh bề mặt mẫu từ RHEED với hướng [100] hình (a) [110] hình (b) cho thấy khơng xuất đảo 3D Hình 1.5 Sự phân bố electron trạng thái cân (a) trạng thái kích thích, sau thung lũng L bơm đầy (b) Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống MBE 12 Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo phản nhiễu xạ điện tử lượng cao RHEED 14 Hình 2.3 Các mơ hình tăng trưởng Ge đế Sillic ảnh khảo sát trình qua RHEED 16 Hình 2.4 Hệ đo TEM- JEOL 3010-FX phịng thí nghiệm 17 Hình 2.5 a) Biểu đồ cấu trúc mẫu dạng xếp chồng; b) Mẫu cố định khn trịn đồng; c) Mẫu bào mịn ion Ar+ 18 Hình 2.6 Ảnh mẫu chụp TEM với độ phân giải 19 50 nm nm 19 Hình 2.8 Sơ đồ lượng GaAs Ge hay Si 20 Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo phổ huỳnh quang 21 Hình 3.1 Hình ảnh RHEED theo góc phương vị [100] màng Ge đồng pha tạp P Sb nhiệt độ nguồn Sb 275°C 22 Hình 3.2 Phổ huỳnh quang nhiệt độ phòng màng Ge đồng pha tạp P Sb với nhiệt độ nguồn Sb 275°C, màng có độ dày 600 nm 24 Hình 3.3 Ảnh TEM mặt cắt ngang màng Ge đồng pha tạp Sb P 170°C, phủ lớp HfO2 dày 150 nm 26 ix Hình 3.4 Ảnh TEM mặt cắt ngang màng Ge pha tạp Sb P dày 450 nm, phủ lớp HfO2 dày 150 nm, sau xử lý 650°C (a), 750°C (b) 850°C (c) phút Số lượng sai hỏng dạng dây giảm đáng kể so với mẫu trước 27 Hình 3.5 Sự thay đổi cường độ huỳnh quang nhiệt độ phòng màng Ge đồng pha tạp đế Si (001), xử lý nhiệt 650°C (đỏ), 750°C (xanh lá) 850°C (xanh hải quân) Để so sánh, hiển thị cường độ huỳnh quang mẫu không xử lý nhiệt (màu đen) 28 Hình 3.6 So sánh cường độ huỳnh quang hai mẫu Ge giống dày μm, pha tạp với P nhiệt độ tương tự (170°C), mẫu dùng hàng rào khuếch tán HfO2 (đường màu vàng) mẫu khơng có hàng rào HfO2 (đường màu xanh) 29 Hình 3.7 Sự thay đổi phổ huỳnh quang theo nhiệt độ xử lý màng Ge đồng pha tạp với hàng rào khuếch tán Al 2O3 (a), HfO2 (b) mẫu tham chiếu Ge/GaAs có nồng độ điện tử kích hoạt khoảng 1019 cm-3 (c) 31 Hình 3.8 Sự thay đổi phổ huỳnh quang theo nhiệt độ xử lý mẫu đồng pha tạp với hàng rào khuếch tán SiN 32 Hình 3.9 So sánh phổ huỳnh quang mẫu có hàng rào khuếch tán SiN (đường màu đỏ), mẫu Ge/GaAs tham chiếu (đường màu đen) 33 Hình 3.10 Ảnh TEM thể lớp tiếp giáp màng Ge hàng rào khuếch tán Al2O3, HfO2, SiN 34 Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn ứng suất căng màng Ge với nguyên tố pha tạp khác 35 Hình 3.12 So sánh kết phép đo XRD cho mẫu Ge dùng hàng rào khuếch tán Al2O3, SiN HfO2, sau xử lý 850°C phút 36 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài ICs (bộ vi xử lý hay vi mạch) coi cách mạng công nghệ vi điện tử vài thập kỉ qua Theo định luật Moore, số lượng thành phần tích hợp vi mạch chủ đạo transitor Silic tăng lên gấp đôi sau 18 tháng [1] dẫn tới ICs ngày nhỏ hơn, tốc độ xử lí nhanh rẻ hơn, làm cho công nghệ bán dẫn Si CMOS (complimentary metal oxide semiconductor) thực tảng phát triển cho CPU công nghệ máy tính thời Tuy nhiên giảm kích thước vi mạch dựa công nghệ CMOS tiến đến dần đến mức tới hạn khoảng vài năm tới, phần lớn nguyên nhân trễ thành phần tụ trở mắc bên ngồi Vì hướng khả quan việc nâng cao tốc độ xử lý xây dựng hệ thống liên kết linh kiện khép kín ICs Để giải vấn đề phải tìm vật liệu thay thành phần RC sử dụng tín hiệu khác khơng phải tín hiệu điện để loại bỏ hồn tồn thành phần RC Chính thiết kế hệ thống liên kết tín hiệu quang lên giải pháp khả quan Hệ thống quang tóm tắt bao gồm thiết bị [2]: Nguồn phát -> modul chuyển đổi tín hiệu điện sang tín hiệu quang -> kênh phân phối -> chuyển tín hiệu quang thành tín hiệu điện Hầu hết thiết bị phát triển CMOS với băng thông lớn, phần nguồn bơm quang vấn đề nan giải chưa tương thích với cơng nghệ Chính có nhiều hướng nghiên cứu tiếp cận vấn đề bao gồm nghiên cứu Silic xốp [3,7], silic pha tạp Er [8,9], nano tinh thể Si [6] hay chấm lượng tử Ge/Si [10,11], nhiên chưa có nghiên cứu thu hiệu phát quang lớn nhiệt 26 Hình 3.3 Ảnh TEM mặt cắt ngang màng Ge đồng pha tạp Sb P 170°C, phủ lớp HfO2 dày 150 nm Sau tăng trưởng, mẫu xử lý nhiệt nhanh khí Argon năm nhiệt độ: 650, 700, 750, 800 850°C phút với tốc độ tăng nhiệt 25°C/s Hình 3.4 cho thấy ảnh TEM đặc trưng sau xử lý nhiệt nhiệt độ tương ứng 650, 750 850°C Từ hình ảnh ta thấy sau xử lý nhiệt, số lượng sai hỏng dạng dây giảm đáng kể tất mẫu Trừ mẫu thử 850°C, lớp tiếp giáp Ge Si trở nên thô ráp xuất số lượng sai hỏng lớn Các mẫu khác hiển thị lớp tiếp giáp tương đối phẳng 27 Hình 3.4 Ảnh TEM mặt cắt ngang màng Ge pha tạp Sb P dày 450 nm, phủ lớp HfO2 dày 150 nm, sau xử lý 650°C (a), 750°C (b) 850°C (c) phút Số lượng sai hỏng dạng dây giảm đáng kể so với mẫu trước Hình 3.5 hiển thị thay đổi cường độ huỳnh quang mẫu xử lý nhiệt tương ứng mức 650, 750 850°C Đối với tất nhiệt độ đó, cường độ huỳnh quang tăng cường đáng kể so với mẫu pha tạp trước xử lý nhiệt Cường độ huỳnh quang cao thu từ trình xử lý nhiệt 650°C Khi nhiệt độ tiếp tục gia tăng đến 750 850°C, cường độ huỳnh quang giảm Sự suy giảm khuếch tán Sb sang đế Si sang hàng rào khuếch tán 28 Hình 3.5 Sự thay đổi cường độ huỳnh quang nhiệt độ phòng màng Ge đồng pha tạp đế Si (001), xử lý nhiệt 650°C (đỏ), 750°C (xanh lá) 850°C (xanh hải quân) Để so sánh, hiển thị cường độ huỳnh quang mẫu không xử lý nhiệt (màu đen) Với kết đạt trên, chưa thể kết luận hiệu hàng rào khuếch tán HfO2 Trong phần tiếp theo, so sánh cường độ huỳnh quang mẫu có lắng đọng điện mơi với mẫu khơng có lắng đọng điện môi Từ thử nghiệm rút thông tin cấu trúc lớp tiếp giáp HfO2 Ge trì ổn định xử lý nhiệt khoảng 800°C cường độ huỳnh quang cao sau xử lý nhiệt 650°C 3.2.2 Sự biến đổi cường độ huỳnh quang có khơng có hàng rào khuếch tán HfO2 Trong phần trước, thảo luận vai trò lớp hàng rào khuếch tán khả nguyên tố pha tạp khuếch tán khỏi màng Ge trường hợp tăng trưởng Ge đế Si Để thấy rõ vấn đề này, 29 quan sát hình 3.6 so sánh hai mẫu Ge giống nhau, đồng pha tạp với P Sb nhiệt độ tương tự (170°C) Mẫu phủ với lớp HfO2 dày 100 nm mẫu thứ hai không phủ HfO2 Xử lý nhiệt nhanh 650°C (1 phút) cho hai mẫu Hình 3.6 So sánh cường độ huỳnh quang hai mẫu Ge giống dày μm, pha tạp với P nhiệt độ tương tự (170°C), mẫu dùng hàng rào khuếch tán HfO2 (đường màu vàng) mẫu khơng có hàng rào HfO2 (đường màu xanh) Có thể thấy rõ mẫu dùng hàng rào khuếch tán HfO 2, cường độ huỳnh quang tăng gấp lần so với mẫu khơng có HfO2 Kết cho thấy vai trò quan trọng hàng rào khuếch tán việc giảm thiểu khuếch tán nguyên tố pha tạp xử lý nhiệt, qua chúng tơi loại bỏ hầu hết sai hỏng màng Ge phát triển đế SOI 30 3.2.3 So sánh ảnh hưởng loại vật liệu làm hàng rào khuếch tán khác đến kết cấu tính chất quang học màng Ge đồng pha tạp Trong luận văn này, sử dụng lớp hàng rào khuyếch tán khác bề mặt màng Ge đồng pha tạp kiểm tra hiệu loại hàng rào việc hạn chế khuếch tán nguyên tố pha tạp xử lý nhiệt Chúng sử dụng ba loại hàng rào khuyếch tán: Al2O3, HfO2 SiN Do lý kỹ thuật, độ dày Al2O3 HfO2 không nhau, tương ứng Al2O3 dày 125 nm HfO2 dày 500 nm Ngoài ra, độ dày lớp phủ SiN giảm xuống 25 nm để tránh bị rạn nứt Sau đây, chúng tơi khảo sát hiệu q trình xử lý nhiệt dựa vào thay đổi cường độ huỳnh quang màng Ge đồng pha tạp tăng trưởng đế SOI Sau bước tăng trưởng nhiệt độ thấp, tăng trưởng màng Ge đồng pha tạp nhiệt độ đế 170 ° C Tất mẫu có độ dày ~ μm, bao gồm màng Ge dày 50 nm đặt 300° C đến màng Ge đồng pha tạp dày 950 nm Để kích hoạt nguyên tố pha tạp, phương pháp xử lý nhiệt nhanh phút thực số nhiệt độ khác Hình 3.7 cho thấy thay đổi phổ huỳnh quang nhiệt độ phòng mẫu đồng pha tạp xử lý nhiệt độ khác nhau: 650°C, 700°C, 750°C Ở giai đoạn này, so sánh cường độ huỳnh quang màng với hàng rào khuếch tán Al2O3 HfO2 Hình 3.7 (c) kết phép đo huỳnh quang mẫu Ge pha tạp điện tử tăng trưởng đế GaAs, có nồng độ điện tử kích hoạt khoảng 1019 cm-3 31 Hình 3.7 Sự thay đổi phổ huỳnh quang theo nhiệt độ xử lý màng Ge đồng pha tạp với hàng rào khuếch tán Al2O3 (a), HfO2 (b) mẫu tham chiếu Ge/GaAs có nồng độ điện tử kích hoạt khoảng 1019 cm-3 (c) Từ hình 3.7 ta thấy cường độ huỳnh quang giảm xuống tăng nhiệt độ xử lý từ 650°C đến 750°C; hai loại hàng rào khuếch tán cường độ huỳnh quang cao thu nhiệt độ xử lý 650°C Do đó, kết phép đo cường độ huỳnh quang có phù hợp với phép đo khác Hình 3.7 tăng nhiệt độ xử lý lên 650°C nguyên tố pha tạp trở nên hiệu So sánh hình 3.7 (a) với hình 3.7 (b) ta thấy nhiệt độ xử lý giống (650°C), cường độ huỳnh quang mẫu dùng Al2O3 gấp 1,5 lần so với mẫu dùng HfO2 So sánh hình 3.7 (a) với hình 3.7 (c) ta thấy cường độ huỳnh quang mẫu dùng hàng rào khuếch tán Al2O3 nửa cường độ huỳnh quang mẫu tham chiếu Ge/GaAs Tuy nhiên kết tốt mà có được, đặc biệt ý Ge GaAs có số mạng hệ số giãn nở nhiệt xấp xỉ nên màng Ge tăng trưởng GaAs phù hợp khơng có sai hỏng dạng sợi Chúng tơi lưu ý cường độ huỳnh quang mẫu Ge/GaAs bị giảm bớt có khuếch tán nguyên tố pha tạp xử lý nhiệt 32 Hình 3.8 thể thay đổi phổ huỳnh quang theo nhiệt độ xử lý mẫu đồng pha tạp với hàng rào khuếch tán SiN Số liệu cho thấy cường độ huỳnh quang cao xử lý nhiệt 650°C (đường cong màu đỏ) Khi nhiệt độ tăng, cường độ huỳnh quang giảm xuống Sự sụt giảm nguyên tố pha tạp khuếch tán sang lớp tiếp giáp với hàng rào khuếch tán lớp tiếp giáp với đế Cường độ huỳnh quang lớn vào khoảng 4400 đơn vị nhiệt độ xử lý 650°C ứng với bước sóng 1630 nm, tương ứng với lượng chuyển mức thẳng Ge khoảng 0,76 eV Hình 3.8 Sự thay đổi phổ huỳnh quang theo nhiệt độ xử lý mẫu đồng pha tạp với hàng rào khuếch tán SiN Chúng tơi thể hình 3.9 để so sánh phép đo cường độ huỳnh quang mẫu đồng pha tạp dùng hàng rào khuếch tán SiN sau xử lý 650°C với mẫu Ge pha tạp điện tử tăng trưởng GaAs Có thể thấy cường độ huỳnh quang lớn mẫu tham chiếu lớn gấp khoảng lần so với mẫu có hàng rào SiN, lớn gấp lần so với mẫu có hàng rào Al2O3 Các mẫu dùng hàng rào HfO2 SiN cho gần 33 cường độ huỳnh quang; cường độ huỳnh quang lớn hai mẫu nhỏ khoảng lần so với mẫu tham chiếu Dựa kết này, chúng tơi thấy Al2O3 thích hợp làm hàng rào khuếch tán với điều kiện xử lý nhiệt 650°C 60 giây Hình 3.9 So sánh phổ huỳnh quang mẫu có hàng rào khuếch tán SiN (đường màu đỏ), mẫu Ge/GaAs tham chiếu (đường màu đen) Một lý giải thích cường độ huỳnh quang cao sử dụng Al2O3 làm hàng rào khuếch tán chất lượng mặt phân cách với màng Ge Nó xác định trạng thái bề mặt gây bẫy tái tổ hợp khơng xạ làm giảm mạnh khả phát quang chất bán dẫn Khi lớp tiếp giáp Ge hàng rào khuếch tán thơ làm tăng thêm tâm tái hợp không xạ Chúng sử dụng TEM để kiểm tra chất lượng lớp tiếp giáp màng Ge đồng pha tạp với ba hàng rào khuếch tán Kết mơ tả hình 3.10 Có thể thấy rõ ràng màng dùng hàng rào khuếch tán Al2O3 có lớp tiếp giáp gần phẳng mịn màng dùng hàng rào khuếch tán HfO2 có lớp tiếp giáp thơ nhám; chí màng dùng hàng rào khuếch tán SiN cịn có hố sâu 10 nm Chất lượng lớp 34 tiếp giáp cao cường độ huỳnh quang cao rõ ràng lý lớn để sử dụng Al2O3 làm hàng rào khuếch tán hiệu cho màng Ge pha tạp điện tử Hình 3.10 Ảnh TEM thể lớp tiếp giáp màng Ge hàng rào khuếch tán Al2O3, HfO2, SiN 3.3 Ảnh hưởng trình xử lý nhiệt lên giá trị ứng suất căng màng Ge pha tạp có hàng rào khuếch tán Nhiễu xạ tia X kỹ thuật hữu ích an tồn cho mẫu để phân tích tính chất cấu trúc màng epitaxial, chẳng hạn số mạng tinh thể, độ dầy màng, Sau đây, xem xét tác động trình xử lý nhiệt với ứng suất căng chất lượng tinh thể màng Ge phát triển đế SOI Sau bước nhiệt độ tăng trưởng thấp, phát triển màng Ge ba điều kiện pha tạp khác nhau: Mẫu đồng pha tạp nhiệt độ tăng trưởng 170°C Mẫu thứ hai pha tạp P nhiệt độ tăng trưởng 170°C Mẫu thứ ba pha tạp Sb nhiệt độ tăng trưởng 170°C Tất mẫu có độ dày tổng cộng ~ 1μm, bao gồm màng Ge dày 50 nm lắng đọng 300°C, sau lớp pha tạp dày 950 nm tăng trưởng nhiệt độ khác 35 Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn ứng suất căng màng Ge với nguyên tố pha tạp khác Từ hình 3.11 ta thấy ứng suất căng mẫu đồng pha tạp 170°C cao hai mẫu pha tạp Sb P Bây chúng tơi xét đến ảnh hưởng q trình xử lý nhiệt nhanh lên ứng suất căng hàng rào khuếch tán màng Ge tăng trưởng đế SOI Hình 3.12 cho thấy kết phép đo XRD với ba hàng rào khuếch tán sau xử lý nhiệt 850°C phút Để so sánh, thể kết đo đế Ge (đường chấm đen) 36 Hình 3.12 So sánh kết phép đo XRD cho mẫu Ge dùng hàng rào khuếch tán Al2O3, SiN HfO2, sau xử lý 850°C phút Điều thú vị ứng suất căng suy từ phép đo XRD khoảng 0,2% với ba hàng rào khuếch tán Kết ngụ ý ứng suất căng màng Ge chủ yếu phụ thuộc vào điều kiện xử lý nhiệt không bị ảnh hưởng nhiều hàng rào khuếch tán 37 KẾT LUẬN Trong trình thực đề tài, từ khâu chế tạo vật liệu, thực phép đo phân tích số liệu đến thảo luận giải thích kết quả, chúng tơi rút số kết luận sau : Nghiên cứu ảnh hưởng trình xử lý nhiệt với màng Ge đồng pha tạp Sb P với hàng rào khuếch tán khác nhau: HfO2; Al2O3 SiN Cường độ huỳnh quang cao thu từ trình xử lý nhiệt 650°C mẫu dùng hàng rào HfO2 xấp xỉ mẫu dùng SiN gấp khoảng lần không sử dụng hàng rào khuếch tán Cường độ huỳnh quang mẫu dùng Al2O3 gấp 1,5 lần so với mẫu dùng HfO2 Nghiên cứu ảnh hưởng vật liệu làm hàng rào khuếch tán tới chất lượng lớp tiếp giáp hàng rào khuếch tán với màng Ge Màng dùng hàng rào khuếch tán Al2O3 có lớp tiếp giáp gần phẳng mịn màng dùng hàng rào khuếch tán HfO2 có lớp tiếp giáp thơ nhám; chí màng dùng hàng rào khuếch tán SiN cịn có hố sâu 10 nm Dựa kết này, chúng tơi thấy Al2O3 thích hợp làm hàng rào khuếch tán với điều kiện xử lý nhiệt 650°C 60 giây Khảo sát phụ thuộc ứng suất căng màng Ge vào loại hàng rào khuếch tán Ứng suất căng suy từ phép đo XRD khoảng 0,2% với ba hàng rào khuếch tán Kết ngụ ý ứng suất căng màng Ge chủ yếu phụ thuộc vào điều kiện xử lý nhiệt không bị ảnh hưởng nhiều hàng rào khuếch tán 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Nguyễn Trung Hiếu, Đề tài luận văn thạc sĩ vật lý chất rắn, Đại học Hồng Đức (2016) Tiếng Anh: [2] A.J Kenyon, P.F Trwoga, M Federighi and C.W Pitt, “Optical properties of PECVD erbium-doped silicon-rich silica: evidence for energy transfer between silicon microclusters and erbium ions” J Phys.: Condens Matter 6, L319(1994) [3] B Zheng, J Michel, F.Y.G Ren, L.C Kimerling, D.C Jacobson and J.M Poate, “Room-temperature sharp line electroluminescence at λ=1.54 µm from an erbiumdoped silicon light-emitting diode” Appl Phys Lett 64, 2842 (1994) [4] C.S Peng, Q Huang, W.Q Cheng, J.M Zhou, Y.H Zhang, T.T Sheng, and C.H Tung, “Optical properties of Ge self-organized quantum dots in Si”, Phys.Rev B57,8805 (1998) [5] C.Y Ting, “TiN as a high temperature diffusion barrier for arsenic and boron”, Thin Solid Films 119, 11 (1984) [6] http://www.intel.com/pressroom/kits/advancedtech/doodle/ref_HiK- MG/high-k.htm [7] International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), 2009 Edition, Emerging Research Materials, www.itrs.net [8] J Derrien, J Chevrier, V Le Thanh, and J.E Mahan, “Semiconducting silicidesilicon heterostructures: growth, properties and applications”, Appl Surf.Sci.56-58,382 (1992) [9] J Michel, J Liu, L.C Kimerling, “High-performance Ge-on-Si 39 photodetectors”, Nature Photonics 4, 527 (2010) [10] J Liu, X Sun, D Pan, X Wang, L.C Kimerling, T.L Koch, and J Michel, “Tensile strained n- type Ge as a gain medium for monolithic laser intergration on Si”, Opt Exp 15, 11272 (2007) [11] L Pavesi, L Dal Negro, C Mazzoleni, G Franzo and F Priolo, “Optical gain in silicon nanocrystals”, Nature 408, 440 (2000) [12] L Canham, “Gaining light from silicon”, Nature 408, 411 (2000) [13] M El Kurdi, S David, P Boucaud, C Kammerer, X Li, V Le Thanh, S Sauvage, J.-M Lourtioz, “Strong 1.3-1.5 µm luminescence from Ge/Si selfassembled islands in highly-confining microcavities on silicon-on-insulator”, J Appl Phys 96, 997 (2004) [14] M Oehme, J Werner, E Kasper, M Jutzi and M Berroth, “High bandwidth Ge pi-n photodetector integrated on Si”, Appl Phys Lett 89, 071117 (2006) [15] M El Kurdi, H Bertin, E Martincic, M de Kersauson, G Fishman, S Sauvage, A Bosseboeuf, and P Boucaud, “Control of direct band gap emission of bulk germanium by mechanical tensile strain”, Appl Phys Lett 96, 041909 (2010) [16] M L Lee, Y Bai, K E Lee, C Cheng, and E A Fitzgerald, “Growth of highly tensile strained Ge on relaxed InxGa1-xAs by metal- organic chemical vapordeposition”, J Appl Phys 104, 084518 (2008) [17] N Michel, X Sun, J.F Liu, L.C Kimerling, and, “Direct gap photoluminescence of n-type tensile strained Ge-on-Si”, Appl Phys Lett 95, 011911 (2009) [18] R Jakomin, M de Kersauson, M El Kurdi, L Largeau, O Mauguin, G Beaudoin, S Sauvage, R Ossikovski, G Ndong, M Chaigneau, I Sagnes, and P Boucaud, “High quality tensile-strained n-doped germanium thin films 40 grown on InGaAs buffer layers by metal-organic chemical vapor deposition”, Appl Phys Lett 98, 091901 (2011) [19] S Takeuchi, Y Shimura, O Nakatsuka, S Zaima, M Ogawa, and A Sakai, “Growth of highly strain-relaxed Ge1-xSnx/virtual Ge by a Sn precipitation controlled compositionally step-graded method”, Appl Phys Lett 92, 231916 (2008) [20] T.K.P Luong, A Ghrib, M.T.Dau, M.A Zrir, M Stoffel, V Le Thanh, R Daineche, T.G Le, V Heresanu, O Abbes, M Petit, M El Kurdi, P Boucaud, H Rinnert, J.Murota, “Molecular-beam epitaxial growth of tensilestrained and n-doped Ge/Si(001) films using a GaP decomposition source”, Thin Solid Films 557, 70 (2014) [21] T.K.P Luong, M.T Dau, M.A Zrir, M Stoffel, V Le Thanh, M Petit, A Ghrib, M El Kurdi, P Boucaud, H Rinnert, J Murota, ”Control of tensile strain and interdiffusion in Ge/Si(001) epilayers grown bymolecular-beam epitaxy”, Journal of Applied Physics 114 (2013) [22] W Kern and D A Puotinen, “Cleaning solution based on hydrogen peroxide for use insilicon semiconductor technology”, RCA Rev 31, 187 (1970) [23] W Kern, “Purifying Si and Si02 Surfaces With Hydrogen Peroxide”, Semicond Int 7,94 (1984) [24] Y.-Y Fang, J Tolle, R Roucka, A V G Chizmeshya, J Kouvetakis, V R D’Costa, and J Menéndez, “Perfectly tetragonal, tensile-strained Ge on Ge1-ySny buffered Si (100)”, Appl Phys Lett 90, 061915 (2007)