Orientador: Lisandro Pavie Cardoso / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-30T18:16:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Freitas_HugoEugeniode_M.pdf: 2201633 bytes, checksum: 992e7c3d4fcb71e7f0d75a25eba2bb39 (MD5) Previous issue date: 2016 / Resumo: No presente trabalho estudou-se a diferença entre dois tratamentos térmicos realizados em amostras de Si(111) implantadas com íons Cr+, utilizando-se a difratometria de raios X para policristais e a refletividade de raios X, assim como, curvas de rocking e difração múltipla de raios X usando radiação sincrotron que são aplicadas aos monocristais. O tratamento térmico posterior das amostras resulta numa melhoria da qualidade cristalina, mas leva à formação de trincas e extensos defeitos, devido à grande diferença na expansão térmica entre siliceto e silício pelas altas tensões induzidas. Portanto, há um grande interesse tecnológico na obtenção de camadas contínuas de alta qualidade com um mínimo de distorções induzidas no substrato. Esta é a motivação do presente trabalho: obter camadas finas de CrSi2 de alta qualidade cristalina na subsuperfície de substratos Si(111) e com o mínimo de deformações na matriz hospedeira usando implantação de íons a baixa energia. Serão explorados dois distintos tipos de tratamentos térmicos: o recozimento tradicional a vácuo em forno do tipo mufla (FA - furnace annealing) e o recozimento térmico rápido (RTA - rapid thermal annealing) em atmosfera de argônio. A formação da fase semicondutora hexagonal do CrSi2 foi confirmada por difratometria de raios X nas amostras tratadas termicamente e mostrou uma melhor qualidade cristalina obtida no recozimento FA. O modelo proposto de uma camada superficial de SiO2 fina (8?2) nm sobre uma ou duas camadas de CrSi2 (21?5) nm acima do substrato de Si(111) foi confirmado, a partir das medidas de refletividade de raios X, que também permitiu observar a maior difusão dos íons de Cr+ na amostra tratada com FA por maior tempo. Devido a este tratamento térmico promover, a altas temperaturas, uma maior difusão dos íons implantados, concluiu-se que o tratamento térmico mais propício para a fabricação de semicondutores baseados em CrSi2 é o tratamento por RTA. Varreduras Renninger obtidas da difração múltipla de raios X mostraram que a implantação de Cr+ em Si(111) e posterior recozimento não induz alteração de simetria nas amostras, apenas uma pequena relaxação da distorção tetragonal detectada para a amostra 800º C com tratamento FA. Mapeamentos acoplados dos ângulos de incidência (?) e azimutal (?) para a condição exata de reflexões secundárias Bragg-Superfície (BSD) da difração múltipla não permitiram detectar modificações estruturais de superfície nas amostras analisadas, após os dois tratamentos térmicos a 800º C que foram considerados / Abstract: In this work, the effect of the two heat treatments suffered by Si(111) samples implanted with Cr+ ions has been studied by means of X rays powder diffraction and X rays reflectivity, as well as, the single crystal techniques rocking curves and synchrotron X rays multiple diffraction. The heat treatment of the samples subsequent to the implantation results in an improved crystal quality, but leads to cracks formation and extensive damage due to the large difference between the thermal expansion coefficients of silicide and silicon induced by the applied high voltages. Therefore, there is a great technological interest in obtaining high quality continuous layers with a minimum induced distortion into the substrate. This is the motivation of the present work: to obtain CrSi2 thin layers of high crystalline quality in the subsurface of Si(111) substrates with minimal deformations in the host matrix using low energy ion implantation. Two distinct thermal treatments are analyzed: traditional annealing in vacuum oven muffle type (FA - furnace annealing) and rapid thermal annealing (RTA - rapid thermal annealing) in argon atmosphere. The formation of the semiconductor CrSi2 hexagonal phase was confirmed by X ray powder diffraction in the annealed samples that has also shown an improved crystalline quality observed in FA annealing process. The proposed model of a thin (8?2) nm SiO2 surface layer on top of one or two (21?5) nm thick CrSi2 layers above the Si(111) substrate was confirmed from the X ray reflectivity measurements, that has also allowed to observe further diffusion of Cr + ions into the sample implanted and FA annealed for a longer time. Since this heat treatment promotes, at high temperatures, a greater diffusion of the implanted ions, it was found that RTA is the most suitable treatment for the fabrication of semiconductor-based CrSi2. Renninger scans of the X ray Multiple Diffraction have shown that the Cr+ ions implantation in Si(111) process with a subsequent annealing does not induce symmetry change in the samples, just a small relaxation of the tetragonal distortion detected for the 800 ºC sample after FA treatment. Mappings of the incidence (?) and azimuthal (?) coupled angles monitoring the exact multiple diffraction condition for the Bragg-Surface Diffraction (BSD) secondary reflections were not able to detect structural changes along the analyzed samples surfaces, after the two distinct annealed processes considered at 800º C / Mestrado / Física / Mestre em Física / 132986/2014-0 / CNPQ

Nanodispositivos são objetos fabricados pelo homem com estruturas internas as quais têm ao menos uma dimensão física em escala nanométrica. A baixa dimensionalidade implica em níveis de energia quantizados, conferindo notáveis diferenças às propriedades ptoelétricas desses dispositivos, o que os torna bastante atrativos para a indústria de micro e optoeletrônica. Para tais dispositivos, por exemplo os baseados em poços quânticos, técnicas de difração de raios X de alta resolução são largamente empregadas e tipicamente alcançam acurácia de 104 na análise de variaçõees no parâmetro de rede a/a. Por outro lado, a caracterização de nanoestruturas com mais de uma nanodimensão, em particular pontos quânticos (QDs), se apresenta mais complexa devido `a pequena porção de material responsável pelo espalhamento de raios X. Técnicas de incidência rasante de raios X são viáveis para se obter informação de grandes conjuntos de QDs expostos devido a pouca penetração da onda incidente, porém, pouca informação pode ser acessada quando os QDs estão cobertos. Varreduras Renninger de raios X e mapeamentos angulares - em torno da condição de difração múltipla Bragg-Superf´cie em amostras dos sistemas de QDs de InAs/GaAs(001) indicaram importantes alterações estruturais introduzidas pelo processo de cobrimento das ilhas (deposição da sobre-camada de 30nm de GaAs). O método de varredura Renninger demonstrou uma acurácia da ordem de 105 no estudo do parâmetro de rede do material do entorno das ilhas e os mapas - sugerem um mecanismo de acomodação de tensão baseado em inclinação da rede da sobre-camada nas proximidades das ilhas. / Nanodispositivos são objetos fabricados pelo homem com estruturas internas as quais têm ao menos uma dimensão física em escala nanométrica. A baixa dimensionalidade implica em níveis de energia quantizados, conferindo notáveis diferenças às propriedades ptoelétricas desses dispositivos, o que os torna bastante atrativos para a indústria de micro e optoeletrônica. Para tais dispositivos, por exemplo os baseados em poços quânticos, técnicas de difração de raios X de alta resolução são largamente empregadas e tipicamente alcançam acurácia de 104 na análise de variaçõees no parâmetro de rede a/a. Por outro lado, a caracterização de nanoestruturas com mais de uma nanodimensão, em particular pontos quânticos (QDs), se apresenta mais complexa devido `a pequena porção de material responsável pelo espalhamento de raios X. Técnicas de incidência rasante de raios X são viáveis para se obter informação de grandes conjuntos de QDs expostos devido a pouca penetração da onda incidente, porém, pouca informação pode ser acessada quando os QDs estão cobertos. Varreduras Renninger de raios X e mapeamentos angulares - em torno da condição de difração múltipla Bragg-Superf´cie em amostras dos sistemas de QDs de InAs/GaAs(001) indicaram importantes alterações estruturais introduzidas pelo processo de cobrimento das ilhas (deposição da sobre-camada de 30nm de GaAs). O método de varredura Renninger demonstrou uma acurácia da ordem de 105 no estudo do parâmetro de rede do material do entorno das ilhas e os mapas - sugerem um mecanismo de acomodação de tensão baseado em inclinação da rede da sobre-camada nas proximidades das ilhas.

Nanodispositivos são objetos fabricados pelo homem com estruturas internas as quais têm ao menos uma dimensão física em escala nanométrica. A baixa dimensionalidade implica em níveis de energia quantizados, conferindo notáveis diferenças às propriedades ptoelétricas desses dispositivos, o que os torna bastante atrativos para a indústria de micro e optoeletrônica. Para tais dispositivos, por exemplo os baseados em poços quânticos, técnicas de difração de raios X de alta resolução são largamente empregadas e tipicamente alcançam acurácia de 104 na análise de variaçõees no parâmetro de rede a/a. Por outro lado, a caracterização de nanoestruturas com mais de uma nanodimensão, em particular pontos quânticos (QDs), se apresenta mais complexa devido `a pequena porção de material responsável pelo espalhamento de raios X. Técnicas de incidência rasante de raios X são viáveis para se obter informação de grandes conjuntos de QDs expostos devido a pouca penetração da onda incidente, porém, pouca informação pode ser acessada quando os QDs estão cobertos. Varreduras Renninger de raios X e mapeamentos angulares - em torno da condição de difração múltipla Bragg-Superf´cie em amostras dos sistemas de QDs de InAs/GaAs(001) indicaram importantes alterações estruturais introduzidas pelo processo de cobrimento das ilhas (deposição da sobre-camada de 30nm de GaAs). O método de varredura Renninger demonstrou uma acurácia da ordem de 105 no estudo do parâmetro de rede do material do entorno das ilhas e os mapas - sugerem um mecanismo de acomodação de tensão baseado em inclinação da rede da sobre-camada nas proximidades das ilhas. / Nanodispositivos são objetos fabricados pelo homem com estruturas internas as quais têm ao menos uma dimensão física em escala nanométrica. A baixa dimensionalidade implica em níveis de energia quantizados, conferindo notáveis diferenças às propriedades ptoelétricas desses dispositivos, o que os torna bastante atrativos para a indústria de micro e optoeletrônica. Para tais dispositivos, por exemplo os baseados em poços quânticos, técnicas de difração de raios X de alta resolução são largamente empregadas e tipicamente alcançam acurácia de 104 na análise de variaçõees no parâmetro de rede a/a. Por outro lado, a caracterização de nanoestruturas com mais de uma nanodimensão, em particular pontos quânticos (QDs), se apresenta mais complexa devido `a pequena porção de material responsável pelo espalhamento de raios X. Técnicas de incidência rasante de raios X são viáveis para se obter informação de grandes conjuntos de QDs expostos devido a pouca penetração da onda incidente, porém, pouca informação pode ser acessada quando os QDs estão cobertos. Varreduras Renninger de raios X e mapeamentos angulares - em torno da condição de difração múltipla Bragg-Superf´cie em amostras dos sistemas de QDs de InAs/GaAs(001) indicaram importantes alterações estruturais introduzidas pelo processo de cobrimento das ilhas (deposição da sobre-camada de 30nm de GaAs). O método de varredura Renninger demonstrou uma acurácia da ordem de 105 no estudo do parâmetro de rede do material do entorno das ilhas e os mapas - sugerem um mecanismo de acomodação de tensão baseado em inclinação da rede da sobre-camada nas proximidades das ilhas.

Orientador: Lisandro Pavie Cardoso / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-08-06T14:37:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Orloski_RenataVillela_D.pdf: 9544671 bytes, checksum: 925b3429c72cbe20c4e9a671e779ed5c (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho, a difração Bragg-Superfície (BSD), um caso especial da difração múltipla de raios-X, foi usada como uma microssonda de superfície com resolução para a detecção de defeitos originados próximos da interface cristal-amorfo (c-a) em junções rasas de B em Si, e uma nova técnica de caracterização de semicondutores (GaAs) submetidos à implantação com íons de Si. A varredura Renninger é o registro da intensidade de raios-X difratada pelos planos, normalmente paralelos à superfície de um monocristal, em função da rotação ö em torno da normal à esses planos. Ela exibe picos como contribuições da rede da matriz, e no nosso caso, se o feixe difratado propaga-se paralelamente aos planos, os picos são chamados de difração Bragg-Superfície (BSD), e mostrou-se, pela primeira vez, que essa difração carrega informações sobre a interface c-a. Contribuições da região implantada nas junções rasas, detectadas na varredura para a rede da matriz (picos híbridos), permitiram determinar a presença de Si intersticial, responsável pela difusão do B, e estimar a profundidade da junção de B em Si pré-amorfizado com íons de F, confirmando resultado encontrado por espectroscopia de massa de íons secundários (SIMS). O estudo do efeito da energia e densidade de corrente de implantação, e da energia térmica conduziu às melhores condições para a otimização do processo de recristalização da rede e difusão do dopante, visando a obtenção das junções rasas. Já o mapeamento da condição de difração dos picos BSD foi importante na observação direta da recristalização e difusão do dopante. Parâmetros de rede e perfeição cristalina foram determinados na superfície da matriz GaAs(001) com dfiração múltipla e a simulação dos picos BSD mostrou que menores doses de implantação de íons Si causam os maiores defeitos no plano da superfície do GaAs, o que não acontece com as altas doses pelo efeito da intensa amorfização próximo à interface c-a. O mapeamento dos casos BSD mostraram sensibilidade suficiente para a detecção da formação da região implantada em função da dose nas amostras de GaAs implantadas com Si / Abstract: In this work, the Bragg-Surface Diffraction (BSD), a special case of the X-ray Multiple Diffraction, was used as a surface microprobe with resolution to detect the defects created close to the crystal-amorphous (c-a) interface in shallow junctions of B in Si, as well as a novel technique for characterization of semiconductors (GaAs) under Si ions implantation. Renninger scan is the record of the X-ray intensity diffracted by the planes, normally parallel to the single crystal surface, as a function of the ö rotation around the normal to these planes. It exhibits peaks as matrix lattice contributions and, in our case, if the diffracted beam is propagated along the planes, the peaks are called Bragg-Surface Diffraction (BSD) and, one has shown, by the first time, that this diffraction carries information on the c-a interface. Contributions from the shallow junction implanted regions, detected in the matrix lattice scan (hybrid peaks), allowed to determine the presence of interstitial Si, that is responsible for the B diffusion, and to estimate the B junction depth in Si pre-amorphizied by F ions. This result confirms that found by Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS). The study of the effect of the energy and implantation current density as well as the thermal energy allowed to determine the best conditions for the optimization of the doping diffusion and lattice recrystallization process, aiming to the shallow junction preparation. On the other hand, the mapping of the BSD peak diffraction condition gave rise to the direct observation of both processes (recrystallization and diffusion). Lattice parameters and crystalline perfection were determined on the GaAs(001) matrix surface by using Multiple Diffraction and the BSD peak simulation has shown that low implantation doses of Si ions has caused strongest damages on the GaAS surface plane. To the contrary, in high doses this effect is strongly reduced by the intense amorphization close to the c-a interface. The BSD mappings have shown enough sensitivity to detect the implanted region formation as a function of the Si implantation dose in GaAs samples / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências