26.08.2004

Rein optisch charakterisiert

Mit einer neuen Methode lassen sich oxidative Bindungsänderungen der Atome an einer Silizium-Oberfläche rein optisch charakterisieren.




Mit einer neuen Methode lassen sich oxidative Bindungsänderungen der Atome an einer Silizium-Oberfläche rein optisch charakterisieren..

Clausthal - Der Charakterisierung der atomaren Struktur der Silizium-Siliziumdioxid-Grenzfläche als wesentlicher Bestandteil in hochintegrierten Transistoren kommt im Zuge der weiteren Miniaturisierung von Siliziumchips erhöhte Bedeutung zu. Den Physikern Stefan Bergfeld, Björn Braunschweig und Winfried Daum vom Institut für Physik und Physikalische Technologien der TU Clausthal ist es nun gelungen, die Änderung der Bindungsstruktur von Grenzflächenatomen während der Oxidation einer Si-Oberfläche mit einer rein optischen Methode zu charakterisieren. Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

In der Arbeit wurde die Oxidation an Luft einer mit Wasserstoffatomen bedeckten, (111)-orientierten Siliziumoberfläche verfolgt und spezielle Bindungszustände der Si-Atome identifiziert, die die Wissenschaftler auch nach der technisch relevanten thermischen Oxidation beobachtet haben. Zur Untersuchung der Grenzflächen verwenden die Physiker eine spezielle nichtlinear-optische Methode, bei der Laserlicht von Grenzflächenatomen durch Frequenzverdopplung in Photonen mit Energien im nahen Ultraviolettbereich umgewandelt wird. Als rein optische Spektroskopie erlaubt die Frequenzverdopplung, den Oxidationsprozess unter realen Bedingungen zerstörungsfrei zu charakterisieren und bietet zudem gegenüber anderen optischen Methoden eine sehr hohe Grenzflächenempfindlichkeit.

Mit Hilfe nichtlinear-optischer laserspektroskopischer Verfahren lassen sich Grenzflächen charakterisieren. (Quelle: AG Daum)

Die Silizium(111)-SiO 2-Grenzfläche ist ein Paradebeispiel für einen abrupten Übergang von einer geordneten Kristallstruktur zu einem amorphen Oxid. Im Unterschied zur technologisch relevanteren Si(100)-Oberfläche besitzt ein Si-Kristall mit einer (111)-Oberfläche eine Stapelstruktur aus Bi-Lagen, bei denen sich Änderungen der Bindungsstruktur durch Oxidation besonders gut verfolgen lassen.

Quelle: TU Clausthal

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