Dr. Mizsei János előadásai alapján készítette Balotai Péter Monolit technika AZ OXIDÁCIÓ Dr. Mizsei János előadásai alapján készítette Balotai Péter

Monolit technika - Oxidáció SiO2 Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció Kristályos könnyen törik oxigén szilícium Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció Amorf (fused silica) oxigén szilícium ezt oxidáljuk Si + kationok (Ba, Na) = üveg (amorf) Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció reakció itt fogy az ox. konc.grad. alakul ki nincs felhalmozódás felületi koncentráció Si - SiO2 határfelületen lévő koncentráció Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció Henry törvény: aktuális felületi koncentráció az oxidban egyensúlyi koncentráció a oxidban Si - SiO2 határfelületen lévő koncentráció (majd kiszámoljuk) Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció

rétegnövekedési sebesség – fontos, ezt keressük Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció Az eddigi egyenletekből átrendezéssel (1): Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció Az eddigi egyenletekből átrendezéssel (2): Emlékeztetőül: reakciósebességi állandó oxid vastagság diffúziós állandó Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció Határesetek: 1. D kicsi, F kicsi, x0 nagy: diffúzió korlátozott növekedési sebesség Négyzetgyökösen nő az idővel Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció Határesetek: 2. D nagy, (ks kicsi), x0 kicsi: reakciósebesség által korlátozott folyamat Lineárisan nő az idővel Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció Oxidnövekedés: Térfogategységre eső molekulaszám (”1000°C, 100 perc, 0.1 µm”) száraz oxid esetén - kék Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció kezdeti oxidvastagság Lehet már oxid a felületen: - nativ - korábbi növesztés Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció ha a már ott lévő xi vastag oxidot így vittük volna fel, az ennyi ideig tartott volna aktivációs energia konstans t, x0 kicsi „vastag” oxid „vékony” oxid Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció Száraz oxid: Si + O2 SiO2 szilárd gáz szilárd Nedves oxid: Si + 2H2O SiO2 + 2H2 szilárd gőz szilárd gáz Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció 1200 oC 1000 oC gyökös jelleg (vastag oxid) lineáris jelleg (vékony oxid) Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció Oxidréteg növekedése száraz oxigénben Itt jó minőségű oxid növeszthető Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció Oxidréteg növekedése atmoszferikus vízgőzben (elforralt víz) Vastagabb oxid nő (100 perc alatt 1000°-on kb. 6-szor) Nem mindig jó, hogy gyorsan nő az oxid H2O molekula maradhat Monolit technika - Oxidáció

Oxid határfelület

Monolit technika - Oxidáció Oxid határfelület – milyen a kötés? SiO2 ideális kötések Si A Si-hoz csatlakozó oxigén tetraédereknek ideális esetben egymás mellett kéne lenniük, de mivel nem férnek el, ezért hiányok, ill. hosszabb kötések is megjelennek. Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció Oxid határfelület – milyen a kötés? ideálistól eltérő kötések kb. minden 10000-dik A Si-hoz csatlakozó oxigén tetraédereknek ideális esetben egymás mellett kéne lenniük, de mivel nem férnek el, ezért hiányok, ill. hosszabb kötések is megjelennek. Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció Oxid határfelület – milyen a kötés? ideálistól eltérő kötések kb. minden 10000-dik A Si-hoz csatlakozó oxigén tetraédereknek ideális esetben egymás mellett kéne lenniük, de mivel nem férnek el, ezért hiányok, ill. hosszabb kötések is megjelennek. Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció Oxid határfelület – milyen a kötés? dangling bond ideálistól eltérő kötések kb. minden 10000-dik A Si-hoz csatlakozó oxigén tetraédereknek ideális esetben egymás mellett kéne lenniük, de mivel nem férnek el, ezért hiányok, ill. hosszabb kötések is megjelennek. Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció oxide trap interface trap mobil töltés (Na és K ionok miatt) bonyolultabb határszerkezet beépült H csökkenti a ‘dangling bond’-ok számát, csökkenti a felületi állapotokat Monolit technika - Oxidáció

MOS rendszer C-V módszerrel mérhető jellemzői

CV görbénél határfelületi fix oxidtöltés a határfelületi töltések száma változik: gyors felületi állapotsűrűség density of interface states Felületi potenciálgát megváltozása: megváltoztatja csapdák a betöltöttségét. kapcsolatban vannak egymással kirstály-orientáció függő ([100] irányban a legkisebb a Dit)

Monolit technika - Oxidáció max fix töltés Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció „Jó” a szilíciumban: Sok van belőle (3. leggyakoribb elem a Földön) Könnyen jó egykristály húzható belőle Si-SiO2 határfelület között kb. 2 atomsík a váltás Minden 10000. kötés hibás, de még így is a Si-SiO2 az egyik legtökéletesebb határfelület; makroszkópikusan tökéletes, atomosan sima Si, Au 1000°C felett olvad, de eutektikumuk 380°C-on jól forrasztható Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció Deal (oxidációs) háromszög Fix töltések száma alacsony hőmérsékletű, száraz oxidációnál igen nagy, mert nem tudnak rendeződni a határfelületi kötések Jó oxid: - magas hőmérséklet, O2 atmoszféra - alacsony hőmérséklet, redukáló atmoszféra, sokáig hökezelés Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció Deal (oxidációs) háromszög gyors oxidáció (ks nagy, minden kötés rendeződik) hökezelés lassú oxidáció (ks kicsi, telítetlen töltések maradnak), majd hőkezelés (N2 vagy Ar) alacsonyabb felületi állapotsűrűség ( ) Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció Oxidnövekedés különböző orientációjú Si-oknál 800 °C-on, az oxidáció kezdeti szakaszában [110] [111] [100] Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció Oxidnövekedés különböző orientációjú Si-oknál 800 °C-on, a teljes oxidáció alatt [111] [110] [100] Monolit technika - Oxidáció

asztalra kitéve x0 vastag oxid nő rá (idő függvényében) nem túl jó minőségű Monolit technika - Oxidáció

XPS Mennyire SiO2 a SiO2? (sztöchiometria) Vékony réteg nem 100%-ban SiO2 Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció Oxidvastagságok: 0 – ultra thin – 15nm – very thin – 50nm – thin – 200nm – thick linear SiO2 linear parabolic SiO2 parabolic SiO2 http://www.cleanroom.byu.edu/ Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció ultra thin oxide Monolit technika - Oxidáció

Monolit technika - Oxidáció TEM Monolit technika - Oxidáció

Szilícium-dioxid réteg kialakítása egyéb módszerekkel: Plazma oxidáció: pozitív potenciálra kötjük a szeletet, így a negatív ionok rákötődnek  a Si felülete oxidálódik Anódos oxidáció Rapid Thermal Processing: hőkezelésre is jó, szeletenkénti behelyezés CVD Sol-gél leválasztás: szerves Si vegyület felcentrifugálása az Si felületére

A SiO2 kitüntetett szerepe Maszkol: kicsi az adalék diffúzió benne jól tapad hőellenálló jól (szelektíven) ellenáll a marással szemben Gate elektróda alatt jól szigetel