Сегрегационно-индуцированное формирование нанокристаллов Ge в оксиде кремния

Abstract

Проведено исследование начальных стадий роста слоев сплавов Si1 – xGex и уточнен механизм формирования нанокристаллов Ge, инкорпорированных в оксид кремния. Обнаружено, что на начальных стадиях выращивания слоев сплавов Si1 – xGex происходит увеличение плотности островков-зародышей Si1 – xGex в 2,5–3,4 раза по сравнению с плотностью островков поликристаллического кремния (от 1,07 ⋅ 1011 до 1,90 ⋅ 1011 см–2 и от 3,1 ⋅ 1010 до 4,3 ⋅ 1010 см–2 соответственно). Установлено уменьшение толщины слоя, соответствующего окончанию индукционного периода и образованию сплошного слоя Si1 – xGex, до 8–10 нм (для поликристаллического кремния толщина аналогичного слоя составляет примерно 22 нм). Показано, что нанокристаллы Ge формируются за счет сегрегационного оттеснения атомов Ge фронтом окисления при термическом окислении слоя сплава Si1 – xGex, полученного химическим осаждением из газовой фазы, причем окисление кремния происходит как по фронту окисления, так и по границам зерен. Получены МОП-структуры с нанокристаллами Ge, обладающие гистерезисом вольт-фарадных характеристик 1,7–1,8 В и плотностью токов утечки от 1,5 ⋅ 10–16 до 2,2 ⋅ 10–16 А/мкм2.