Investigation of the properties of SiGe islands by selective wet chemical etching and scanning probe microscopy

Katsaros, Georgios

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Investigation of the properties of SiGe islands by selective wet chemical etching and scanning probe microscopy

Publikationstyp:	Dissertation
URI (zitierfähiger Link):	http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:352-opus-18340
Autor/innen:	Katsaros, Georgios
Erscheinungsjahr:	2006
Titel in einer weiteren Sprache:	Untersuchung der Eigenschaften von SiGe-Halbleiterinseln durch selektives nasschemisches Ätzen und Rastermikroskopie
Zusammenfassung:	In this work self-assembled Ge islands grown on Si(001) are investigated by means of selective wet chemical etching and scanning probe microscopy. By means of selective wet chemical etching and atomic force microscopy the compositional profile of free standing islands, which are grown by deposition of Ge on Si(001) at various temperatures and growth rates, is investigated. It is shown that for low growth temperatures (560-600oC) Si is mainly located at the periphery of the islands. At higher temperatures also the center of the islands has a higher Si content. The experiments furthermore demonstrate, that by increasing the islands growth rate their Si content is decreasing. By performing simple simulations the obtained experimental results can be reproduced and it is shown that the compositional profiles of the islands can be explained by means of a simple kinetic model, which is based just on surface diffusion processes. While for as-grown islands there is a four-fold symmetry in their compositional profile, this is not any more true for annealed islands. The islands are not any more etched symmetrically; instead, one side is etched faster. This is the result of a lateral motion, taking place during post-growth annealing and which is driven by an energetically favorable intermixing between Si and Ge. Ge-rich material diffuses from one side of the island towards the other, where it gets intermixed with Si arriving from the substrate. During this lateral motion the islands become bigger and Si-richer. Furthermore, by scanning tunneling microscopy the shrinking of islands, on as-grown as well as on post-growth annealed samples, is investigated. Islands shrink by following the inverse path observed during their growth, demonstrating thus that the island shape is thermodynamically determined. By means of selective etching also Ge islands, which were capped by Si are investigated. The removal of the Si cap allows the investigation of both the morphology and the composition of the buried islands. It is shown that the morphology of the Si cap does not always correspond to that of the buried islands. Furthermore, it is shown that the compositional profile of the islands, which are capped at the temperature range 300-450oC is the same as that of the as-grown islands. For islands, which are overgrown at 580oC it is shown that although their morphology is changing drastically, the Ge-rich part does still exist. This indicates that at least up to 580oC no bulk diffusion is taking place.
Zusammenfassung in einer weiteren Sprache:	In der vorliegenden Arbeit werden mittels selektiven nasschemischen Ätzens und Rastermikroskopie Germanium/Silizium Halbleiterinseln untersucht. Durch selektives Ätzen von Ge über Si und Rasterkraftmikroskopie wird die Zusammensetzung von freistehenden Inseln untersucht, die durch Abscheidung von reinem Ge auf Si(001) bei unterschiedlichen Wachstumstemperaturen und Abscheidungsraten gewachsen sind. Es zeigt sich, dass sich Si bei niedrigen Temperaturen (560-600oC) hauptsächlich in der Peripherie der Inseln befindet, während bei höheren Temperaturen auch das Zentrum der Inseln mehr Si enthält. Die Experimente machen außerdem deutlich, dass das Erhöhen der Wachstumsrate zu einer Erhöhung des Ge Anteils der Inseln führt. Mit Hilfe von Simulationen werden die experimentellen Beobachtungen bestätigt und es wird demonstriert, dass die Komposition der Inseln mittels eines einfachen kinetischen Modells, das nur Oberflächendiffusionen beinhaltet, verstanden werden kann. Während für die oben genannten Inseln das Kompositionsprofil eine vierfache Symmetrie besitzt, ändert sich dieses drastisch, sobald die Inseln getempert werden. Die Inseln werden nicht mehr symmetrisch geätzt, vielmehr wird eine Seite schneller erodiert als die andere. Dieses inhomogene Kompositionsprofil wird darauf zurückgeführt, dass sich die Inseln während des Temperns bewegen. Diese Bewegung kann durch eine energetisch günstige Vermischung von Ge mit Si erklärt werden. Ge-reiches Material diffundiert von der einen Seite der Insel auf die andere, wo es sich mit Si, das von der Oberfläche dorthin diffundiert, vermischt. Als Folge dieser Bewegung werden die Inseln größer und Si-reicher. Mit Hilfe des Rastertunnelmikroskops wurden auch Inseln untersucht, die sich während des Wachstums und des Temperns auflösen. Die Inseln schrumpfen nicht selbst-ähnlich, sondern sie folgen einer Reihe von morphologischen Übergängen. Diese Entwicklung ist genau invers zum Wachstumsprozess der Inseln. Das beweißt, dass die Morphologie der Inseln thermodynamisch determiniert ist. Durch selektives Ätzen von Si über Ge wurden auch die mit Si überwachsenen Inseln untersucht. Die Entfernung von Si durch nasses Ätzen erlaubt die Untersuchung sowohl der Morphologie als auch der Zusammensetzung der Inseln. Es wird nachgewiesen, dass die Morphologie der Si Oberfläche, die die Inseln bedeckt, nicht immer der der darunter liegenden Inseln entspricht. Außerdem wird demonstriert, dass die Komposition der auf niedrigen Temperaturen Überwachsenen Inseln (300-450oC) die gleiche ist, wie die der freistehenden Inseln. Für die Inseln, die bei 580oC überwachsen worden sind, zeigt es sich, dass trotz morphologischen Änderungen der Ge-reiche Teil noch existiert. Dieses weisst darauf hin, dass zumindestens bis zur Temperatur von 580oC keine Massendiffusion stattfindet.
Prüfungsdatum (bei Dissertationen):	13. Apr 2006
Hochschulschriftenvermerk:	Konstanz, Univ., Diss., 2006
Fachgebiet (DDC):	530 Physik
Normierte Schlagwörter (GND):	Oberflächenphysik, Selektives Ätzen, Niederdimensionaler Halbleiter, Silicium, Germanium, Rastertunnelmikroskopie, Kraftmikroskopie
Schlagwörter:	Self-assembled islands, Selective wet chemical etching, scanning probe microscopy, Si, Ge
Link zur Lizenz:	Nutzungsbedingungen

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Prüfsumme: MD5:aa365b3d54b58e374121927214ffe74d

KATSAROS, Georgios, 2006. Investigation of the properties of SiGe islands by selective wet chemical etching and scanning probe microscopy [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz

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2006 2011-03-24T14:55:01Z Katsaros, Georgios application/pdf terms-of-use eng Untersuchung der Eigenschaften von SiGe-Halbleiterinseln durch selektives nasschemisches Ätzen und Rastermikroskopie Investigation of the properties of SiGe islands by selective wet chemical etching and scanning probe microscopy In this work self-assembled Ge islands grown on Si(001) are investigated by means of selective wet chemical etching and scanning probe microscopy.<br />By means of selective wet chemical etching and atomic force microscopy the compositional profile of free standing islands, which are grown by deposition of Ge on Si(001) at various temperatures and growth rates, is investigated. It is shown that for low growth temperatures (560-600oC) Si is mainly located at the periphery of the islands. At higher temperatures also the center of the islands has a higher Si content. The experiments furthermore demonstrate, that by increasing the islands growth rate their Si content is decreasing. By performing simple simulations the obtained experimental results can be reproduced and it is shown that the compositional profiles of the islands can be explained by means of a simple kinetic model, which is based just on surface diffusion processes.<br />While for as-grown islands there is a four-fold symmetry in their compositional profile, this is not any more true for annealed islands. The islands are not any more etched symmetrically; instead, one side is etched faster. This is the result of a lateral motion, taking place during post-growth annealing and which is driven by an energetically favorable intermixing between Si and Ge. Ge-rich material diffuses from one side of the island towards the other, where it gets intermixed with Si arriving from the substrate. During this lateral motion the islands become bigger and Si-richer.<br />Furthermore, by scanning tunneling microscopy the shrinking of islands, on as-grown as well as on post-growth annealed samples, is investigated. Islands shrink by following the inverse path observed during their growth, demonstrating thus that the island shape is thermodynamically determined.<br />By means of selective etching also Ge islands, which were capped by Si are investigated. The removal of the Si cap allows the investigation of both the morphology and the composition of the buried islands. It is shown that the morphology of the Si cap does not always correspond to that of the buried islands. Furthermore, it is shown that the compositional profile of the islands, which are capped at the temperature range 300-450oC is the same as that of the as-grown islands. For islands, which are overgrown at 580oC it is shown that although their morphology is changing drastically, the Ge-rich part does still exist. This indicates that at least up to 580oC no bulk diffusion is taking place. Katsaros, Georgios 2011-03-24T14:55:01Z