Väitös teknillisen fysiikan alalta, M.Sc. Afrina Khanam

Vastaväittäjä: professori Lasse Vines, Universitetet i Oslo (UiO), Norja
Kustos: professori Peter Liljeroth, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Väitöskirja on julkisesti nähtävillä 10 päivää ennen väitöstä Aalto-yliopiston julkaisuarkiston verkkoriiputussivulla.

Elektroninen väitöskirja

Väitöstiedote:

21. vuosisadalla on nähty ennennäkemätön tarve puolijohdemateriaaleille. Päivittäin käyttämistämme älypuhelimista tieteellisten löytöjen tukeviin satelliitteihin, puolijohdemateriaalit ovat välttämättömiä. Mitä enemmän transistoreita yhdellä piirilevyllä on, sitä suurempi tarve tarkkojen valmistusprosessien, kuten epitaksin ja ALD:n, hallinnalle kasvaa. Si ei enää pysty täyttämään nykymaailman vaatimuksia; Ge-pohjaiset mikroprosessorit voivat tarjota nopeampia nopeuksia. Lisäksi TiO₂-pohjaiset VMCO-laitteet ovat myös käyttökelpoinen vaihtoehto ei- volatiilisille muistilaitteille.

Tutkimuksen tarkoituksena oli tunnistaa vikojen lähde, jotka rajoittavat modernien puolijohdevälineiden aktiivisten donaattorikonsentraatioita. Positronin tuhoutumisspektroskopiaa (PAS) käytettiin karakterisoimaan tyhjiöitä, tyhjiökomplekseja ja niiden vaikutuksia n-tyypin dopanttien sähköiseen passivoitumiseen epitaksiaalisesti kasvatetussa ohuehkössä Ge- ja GeSn-filmissä. Tulokset osoittivat, että n-tyypin Ge:ssä tyhjiö-donaattoriparit ja tyhjiö-donaattorikompleksit muodostavat bändivälinykkeeseen energiatasoja, jotka voivat sitoa varauskantajia. P-dopatussa epitaksiaalisesti kasvatetussa Ge:ssa ja GeSn:ssä havaittiin, että monotyhjiöviat-donaattorikompleksit olivat pääasiallinen syy donaattorin passivoitumiselle. Suurempien aktiivisten donaattorikonsentraatioiden saavuttamiseksi käytettiin As:ia P:n sijaan ja tutkittiin erittäin As-dopattua GeSn-kerrosta. Löydettiin, että neljän As-atomin ympäröimät tyhjiöt olivat pääasiallinen syy massiiviseen donaattorin passivoitumiseen. Lisäksi tutkittiin pistevirheitä atomikerroksen deponointiin (ALD) kasvatetuissa ultraohuissa anatasi TiO2 -kerroksissa ja havaittiin eroja positronin sitomistiloissa kasvulämpötilojen erojen vuoksi.

Tämä väitöskirja tarjoaa kattavan ymmärryksen ryhmän IV puolijohteissa esiintyvistä pistevirhesta ja donori-passiivoinnin mekanismeista modernissa Ge-pohjaisissa puolijohdelaitteissa. Tulokset soveltaa transistoreiden ja integroidun piirin suunnitteluun tehokasmmiksi, mikä parantaisi modernien transistoreiden ja muiden elektronisten laitteiden valmistusprosessia. Lisäksi toisen tutkimuksen tulokset tarjoavat syvällistä tietoa ultraohuiden kerrosten kasvusta ja käyttää prosessien optimointiin. Lopuksi tutkimuksen tulokset osoittavat, että PAS on tehokkaan menetelmän vioiden ja niiden vaikutusten tutkimiseen n-tyypin dopanttien sähköiseen passivoimiseen Ge-pohjaisissa laitteissa ja tämä tekniikka voi karakterisoi.

Väittelijän yhteystiedot: [email protected]