DEVELOPMENT OF ULTRATHIN POLYCRYSTALLINE SILICON GERMANIUM FILMS AS STRUCTURAL LAYERS FOR APPLICATIONS IN NANOELECTROMECHANICAL SYSTEMS

Abstract

في السنوات الأخيرة، وجهت الكثير من الجهود البحثية نحو التصغير من الأجهزة والمكونات من أجل جعلها محمولة، مدمجة، أكثر كفاءة، وأكثر حساسية مما يجعلها تستهلك طاقة أقل. هذه الأسباب وغيرها، دفع الى الاهتمام المتزايد في بحوث نانو نظام الكهروميكانيكية (NEMS). ومن المتوقع أن تشمل جميع جوانب الحياة من أنظمة السيارات والاتصالات والطب والهندسة الحيوية. جزء من هذه الأطروحة يركز على التحسين من بعض الخصائص الافلام الرقيقة جدا بسماكة (~ 100 نانومتر) المكونة من كريستالات السليكون الجرمانيوم (بولي SiGe) والتي يمكن استخدامها كطبقات لبناء أجهزة (NEMS)، بما في ذلك أجهزة الاستشعار، ومفاتيح نانو، نانو مرنانات، الخ. تم اختيار البولي SiGe لامكانية ترسيبة في درجة حرارة أقل بالمقارنة مع العديد من المواد الأخرى (< 450°م) بواسطة تقنية ترسيب الأبخرة الكيميائية. إضافة إلى ذلك، فإن الضغوط الجوهرية يمكن ضبطها بشكل إيجابي مع الجرمانيوم. تم استخدام منهج جراي تاجوشى لايجاد المزيج الأمثل من التوتر (43MPa)، المقاومة (1.39 mΩ سم) ومعدل الترسيب (0.34 نانومتر / ثانية) في مكمل معدن أكسيد أشباه الموصلات CMOS، وفي درجة حرارة متوافقة للترسيب (415°م)، و بستخدام معدلات تدفق سيلاني و جيرمن ( 8 (SCCM SCCM180))، على التوالي. بالإضافة إلى هذه الصفة الأمثل، تم اختيار أفضل وصفة تجريبية من صفيف تاجوشى لمزيد من التوصيف. من بين الخصائص المقاسة الأخرى تشمل المواد الكيميائية (تركيز البورون والجرمانيوم آسر) والكهربائية (تركيز الناقل، قاعة التنقل والمقاومية)، والميكانيكية (خشونة السطح، ومعامل مرونة وصلابة). باستخدام هذه الوصفات، تم عمل دراسات تجريبية مفصلة لتكون التوتر، المقاومة وخصائص السطح، لفهم كيفية تأثر التوتر المحلي في كافة أنحاء سماكة الفيلم. وتبين أنالاختلاف الكبير في الضغوط المحلية في كافة أنحاء سماكة الفيلم هو مؤشر على التغير في درجة التمدد في الهيكل القائم بذاته. استنادا إلى أفضل التجارب والوصفة الأمثل،تم تصنيع سلسلة نانو الكابولي(nano cantilever) بسماكة من ~ 100 نانومتر، و~ 60 نانومتر، باتباع الإجراءات االمعموا بهى في قطع الاسطح متناهي الصغر. تم قياس الانحنائات في اطراف نانو الكابولي بستخدام المجهر الإلكتروني والمجهر الذري القوة لعدد من الكابولي لأبعاد مختلفة من (0،3 حتي 10 ميكرون طولي و0،3-1 ميكرون عرضي). ثم تم أحتساب متوسط التدرجات في التمدد لتكون -0.083 ± 0.009 / ميكرون، -0.02 ± 0.004 / ميكرون و-0.20 ± 0.036 / ميكرون لالكابولي بسماكة 100 نانومتر تمت معالجتها بستخدام الوصفة الأمثل، و بسماكة 100 نانومتر و 60 نانومتر تمت معالجتها بستخدام الوصفة الأفضل تجريبيا ، على التوالي. يعتبر التدرج في التمدد -0.02 ± 0.004 / ميكرون، الذي يؤدي الى انحناءطرف الكابولي من الهبوط ~ 10 نانومتر ل1 ميكرومتر طولي، و 0.84 ميكرون عرضي وسماكة 0.1 ميكرومتر ، ليكون طبقة هيكلية جيدة لتطبيقات مفاتيح نانو nano-switches ،و نانو مرنانات nano-resonators،و أجهزة الاستشعار وغيرها. الأدلة من توزيع التوتر والمقاومة،لواحد من الأفلام، يدل على أن اختلاف طفيف في تدرجات التمدد يمكن أن يعزى إلى الاختلافات الملحوظ في الإجهاد و المقاومة. وأخيرا، استنادا إلى مفهوم الضغوط السطحية، تم اقتراح نموذجا جديدا الإجهاد الجوهرية. و تم اشتقاق المعادلات التي تصف تطور التوتر في مرحلة ما قبل التحام، والتحام بعد التحام لمراحل نمو الفيلم. كما تم اختبار النماذج ووجدت أنها تتوافق مع النتائج التجريبية بدقة إلى حد ما.