(211) 방향의 실리콘 웨이퍼
실리콘 기판은 적외선 초점면 배열 및 고효율 태양전지와 같은 분야에서 실리콘 판독 회로와 일치하는 저비용, 높은 기계적 강도 및 열팽창과 같은 이점을 제공합니다. 그러나 Si(001) 및 Si(111)과 같이 일반적으로 사용되는 저굴절률 결정 평면은 극성 반도체(예: CdTe, GaP)를 성장시킬 때 순 인터페이스 전하와 원자 사이트 선택성이라는 두 가지 본질적인 어려움에 직면합니다. 기판 표면이 한 가지 유형의 댕글링 본드 구성만 제공하는 경우 에피택셜 층은 필연적으로 역위상 도메인을 나타내어 장치 성능을 심각하게 저하시킵니다.
Si(211) 표면은 자연스럽게 이러한 문제를 해결합니다. 이 결정면은 [1-1-1] 방향을 따라 주기적으로 배열된 좁은 (111) 테라스로 볼 수 있습니다. 각 표면 단위 셀(9.41Å × 3.84Å)은 두 가지 서로 다른 배위 환경에서 Si 원자를 동시에 포함합니다. 테라스 원자(T)는 하나의 댕글링 결합으로 3배위되고, 가장자리 원자(E)는 두 개의 댕글링 결합으로 2배위됩니다. 이 이중 모드 댕글링 본드 시스템을 통해 Si(211)는 III-V 또는 II-VI 화합물의 서로 다른 원소를 자연스럽게 구별할 수 있습니다. 양이온(Ga, Cd)은 단일 댕글링 결합 테라스 원자에 우선적으로 결합하는 반면, 음이온(P, Te)은 이중 댕글링 결합 가장자리 원자를 선호하여 인터페이스 전하 중립성을 달성합니다. 실험적으로, 대면적, 고품질 CdTe 층이 Si(211) 기판에서 성공적으로 성장되었으며 HgCdTe 적외선 검출기 제작에 사용되었습니다. PAM-XIAMEN은 다음 사양으로 (211) 지향 실리콘 웨이퍼를 생산할 수 있습니다.
1. (211) 지향 실리콘 웨이퍼의 사양
| 종류/도펀트 | 동양. | 디아. | 두께(μm) | 서핑. | 해상도 Ωcm | 논평 | |
| PAM3037 | n형 Si:Sb | [211] ±0.5° | 4 " | 1,500±15 | P / P | 0.01-0.02 | SEMI 테스트, 1Flat, Empak cst, 추가 비용으로 웨이퍼 연마 가능 |
| PAM3038 | n형 Si:Sb | [211] ±0.5° | 4 " | 1600 | C / C | 0.01-0.02 | 프라임, 1플랫, 엠팍 cst |
| PAM3039 | n형 Si:P | [211-5°] ±0.5° | 삼" | 508 | P / P | FZ> (50) | 프라임, 1플랫, 엠팍 cst |
| PAM3040 | n형 Si:P | [211-5°] ±0.5° | 삼" | 508 | P / P | FZ 25-75 | 프라임, 1플랫, 엠팍 cst |
| PAM3041 | n형 Si:P | [211-5°] ±0.5° | 삼" | 508 | P / P | FZ 25-75 | 프라임, 1플랫, 엠팍 cst |
| PAM3042 | n형 Si:P | [211] ±0.5° | 삼" | 1016 | P / P | FZ 25-75 | 프라임, 1플랫, 엠팍 cst |
| PAM3043 | n형 Si:P | [211-5°] ±0.5° | 삼" | 508 | P / P | FZ 25-75 | 프라임, 1플랫, 엠팍 cst |
| PAM3044 | n형 Si:P | [211-5°] ±0.5° | 삼" | 508 | P / P | FZ 25-75 | 프라임, 1플랫, 엠팍 cst |
| PAM3045 | n형 Si:P | [211-5°] ±0.5° | 삼" | 508 | P / P | FZ 25-75 | 프라임, 1플랫, 엠팍 cst |
| PAM3046 | n형 Si:P | [211] ±0.5° | 삼" | 508 | P / P | FZ 25-75 | 프라임, 1플랫, 엠팍 cst |
| PAM3047 | n형 Si:P | [211] ±0.5° | 삼" | 1016 | P / P | FZ 25-75 | SEMI 테스트, 1플랫, Empak cst |
| PAM3048 | n형 Si:P | [211] ±0.5° | 삼" | 1016 | P / P | FZ 25-75 | SEMI 프라임, 1플랫, Empak cst |
| PAM3049 | p형 Si:B | [211] ±0.5° | 삼" | 525 | P / P | >10 | SEMI 프라임, 1플랫, Empak cst |
| PAM3050 | p형 Si:B | [211] ±0.5° | 삼" | 525 | 체육 | >10 | SEMI Prime, 1Flat, 7, 8, 8 웨이퍼 Empak 카세트 |
| PAM3051 | n형 Si:As | [211] ±0.5° | 삼" | 550 | E / E | 0.0030-0.0042 | SEMI Prime, 2Flats, Empak cst |
| PAM3052 | n형 Si:P | [211] | 삼" | 450 | P / P | 50-65 |
에피택시 이전에 기판에는 고온 세척이 필요하며, 이로 인해 재구성이나 패싯이 유도되어 핵 생성에 영향을 줄 수 있습니다. 또한 As와 Te는 성장 모드를 개선하기 위해 계면활성제로 자주 사용됩니다. 따라서 깨끗한 Si(211) 표면 구조와 As 및 Te의 흡착 거동에 대한 철저한 이해는 공정 창을 정의하는 데 중요합니다.
2. 깨끗한 Si(211) 표면의 재구성 및 안정성
2.1(2×1) 이량체 재구성
이상적인 벌크 종단 Si(211) 표면은 테라스 원자(T), 가장자리 원자(E) 및 두 번째 층 채널 원자(Tr)로 구성됩니다. 이 모델이 초기 이론 분석의 출발점 역할을 했지만 밀도 함수 이론 계산(평면파 유사 전위, GGA 근사, 250eV 차단 에너지)은 이상적인 표면이 가장 낮은 에너지 구성이 아니라는 것을 나타냅니다. 가장자리 원자에 의해 운반되는 두 개의 매달린 결합이 상당한 표면 재구성을 유도합니다.
그림 1. 이상적인 벌크 종단 Si(211) 표면(T, E, Tr 및 흡착 부위로 표시)의 평면도
가장 안정적인 재구성은 [01-1] 방향을 따라 가장자리 원자가 이량체화되어 (2×1) 구조를 형성하는 것입니다. 최적화된 Si-Si 이량체 결합 길이는 2.45Å이고, 가장자리 원자는 테라스 원자에 비해 약 0.6Å만큼 올라갑니다. 각 이합체는 2.1eV의 에너지 이득을 얻습니다. 실험적으로, 저에너지 전자 회절은 [01-1] 방향을 따라 2× 주기성을 일관되게 확인했으며 주사 터널링 현미경은 가장자리 원자 이량체에서 발생하는 한 쌍의 밝은 줄무늬를 관찰했습니다. 이 재구성의 주요 기하학적 매개 변수는 다음과 같습니다: T(4)-E(4) 간격 2.26Å, E(3)-E(4) 이합체 2.45Å, E(4)-L3(4) 2.37Å, 결합 각도 L2(3)-T(4)-E(4) = 88.67° 및 T(4)-E(4)-L3(4) = 105.04°.
그림 2 재구성된 표면(2×1)의 평면도(이합체 및 B, H, D, V 사이트)
2.2 재결합(1×1) 재구성과 π-결합 사슬의 불안정성
가장자리 원자가 제거되면 최상층 테라스 원자는 세 번째 층 원자와 결합하여 재결합된(1×1) 표면을 형성할 수 있습니다. 표면 에너지는 (2×1) 구조보다 0.013eV/Ų 더 높으며, 이는 계산 정확도의 경계에 있는 차이입니다. 따라서 두 재구성은 서로 다른 준비 조건에서 공존할 수 있습니다. 이 재구성의 특징적인 결합 길이에는 T(4)-L3(4) = 2.46Å, L3(4)-L3(4) = 2.52Å, 결합 각도 T(4)-L3(4)-L3(4) = 137.56°가 포함됩니다.
그림 3 Si(211) 표면에 재결합된(1×1) 구조의 평면도
Si(111)에서와 유사한 π-결합 사슬 재구성을 구성하려는 시도는 모두 실패했습니다. 이완 시 표면은 항상 (2×1) 구조로 되돌아가며 이는 이 재구성이 Si(211)에서 불안정하다는 것을 나타냅니다.
그림 4 Si(211) 표면의 불안정한 π-결합 사슬 재구성 모델
2.3 온도에 따른 패싯
고온 어닐링(>1200°C) 후 Si(211) 표면은 (111)-5×5 및 (111)-7×7 면을 형성합니다. 저에너지 전자 회절은 [1-1-1] 방향을 따라 추가 스폿을 보여주고, 주사 터널링 현미경 라인 프로파일 분석은 1260°C에서 패싯 크기가 약 75Å에 도달하는 반면, [1-1-1]을 따른 주기성은 낮은 온도에서 약 19Å에서 약 10.5Å으로 감소한다는 것을 보여줍니다. 이는 Si(211)의 이중 사이트 이점을 파괴할 수 있는 (111) 면의 과성장을 방지하기 위해 에피택셜 공정에서 지나치게 높은 온도 어닐링을 피해야 함을 시사합니다.
3. Si에 As와 Te의 흡착(211)
Si(211) 표면은 여러 흡착 부위(상단, 브리지 B, 속이 빈 H, 밸리 V 등)를 나타냅니다. 이상적인 표면에서 As의 가장 안정적인 사이트는 B(결합 에너지 5.37eV)이고 Te는 사이트 H(~4.7eV)를 선호합니다. 두 요소 모두 에너지적으로 가까운 여러 사이트(차이 <0.3eV)를 가지며, 이는 실험적으로 관찰된 Te의 다중 사이트 흡착을 설명합니다.
실제 에피택시에 일반적으로 사용되는 (2×1) 재구성된 표면에서 As의 최적 위치는 V(결합 에너지 4.84 eV)가 됩니다. 왜냐하면 가장자리 원자 이합체화 후에 가장자리 원자는 더 이상 As와 강한 이중 결합을 형성할 수 없기 때문입니다. Te의 최적 사이트는 B(4.09eV)이고 사이트 V는 약간 낮습니다(4.02eV).
0.5ML(B 사이트를 차지하는 4개의 원자)의 범위에서 As는 이합체화를 거치지만(As-As 거리 2.55Å, 결합 에너지는 5.28eV로 증가), Te는 이합체화하지 않습니다(결합 에너지는 ~4.09eV로 유지됨). 이는 Te의 5s²5p⁴ 원자가 전자 구성으로 인해 두 개의 Si 원자와 결합한 후 Te-Te 결합 형성을 방지합니다. 따라서 As는 층별 성장을 촉진(플로팅 이량체 층 형성)하기 위한 계면활성제로 적합한 반면, Te는 추가적인 재구성을 도입하지 않고 댕글링 본드를 부동태화하는 데 적합합니다.
밴드 구조 계산에 따르면 두 표면 모두 0.5ML 범위에서 금속 특성을 나타내며, 이는 기판 표면 상태를 보호하기 위해 에피택시 초기 단계에서 화합물 층이 빠르게 형성되어야 함을 나타냅니다.
연구용 또는 산업용 응용 분야용 (211) 지향 실리콘 기판이 필요한 경우 이메일로 문의하십시오.[email protected] 과 [email protected].
참조:
- Sen, P., Batra, IP, Sivananthan, S., Grein, CH, Dhar, N., & Ciraci, S. (2003). Te-및 As-커버된 Si의 전자 구조(211). 물리적 검토 B, 68(4), 045314.
- Fulk, C., Sivananthan, S., Zavitz, D., Singh, R., Trenary, M., Chen, YP, … & Dhar, N. (2006). Si(211) 표면의 구조. 전자재료학회지, 35(6), 1449-1454.