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High Precision Stress Measurements in Semiconductor Structures by Raman MicroscopyUhlig, Benjamin 06 September 2010 (has links) (PDF)
Stress in silicon structures plays an essential role in modern semiconductor technology. This stress has to be measured and due to the ongoing miniaturization in today’s semiconductor industry, the measuring method has to meet certain requirements.
The present thesis deals with the question how Raman spectroscopy can be used to measure the state of stress in semiconductor structures. In the first chapter the relation between Raman peakshift and stress in the material is explained. It is shown that detailed stress maps with a spatial resolution close to the diffraction limit can be obtained in structured semiconductor samples. Furthermore a novel
procedure, the so called Stokes-AntiStokes-Difference method is introduced. With this method, topography, tool or drift effects can be distinguished from stress related influences in the sample.
In the next chapter Tip-enhanced Raman Scattering (TERS) and its application for an improvement in lateral resolution is discussed. For this, a study is presented, which shows the influence of metal particles on the intensity and localization of the Raman signal. A method to attach metal particles to scannable tips is successfully applied. First TERS scans are shown and their impact on and challenges for high resolution stress measurements on semiconductor structures is explained. / Spannungen in Siliziumstrukturen spielen eine entscheidende Rolle für die moderne Halbleitertechnologie. Diese mechanischen Verspannungen müssen gemessen werden und die fortlaufende Miniaturisierung in der Halbleiterindustrie stellt besondere Anforderungen an die benutzte Messmethode.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Thema, inwieweit Raman Spektroskopie zur Spannungsmessung in Halbleiterstrukturen geeignet ist. Im ersten Kapitel wird der Zusammenhang zwischen Raman Peakverschiebung und mechanischer Spannung erläutert. Es wird gezeigt wie man detaillierte stress maps in strukturierten Halbleiterproben erhält mit einer Auflösung nahe am Diffraktionslimit. Darüber hinaus wird ein neuartiges Verfahren, die sogenannte Stokes-AntiStokes-Differenz Methode vorgestellt mit deren Hilfe man Einflüsse von Topographie, Geräteeffekten und Drift von den zu messenden Spannungszuständen in der Probe unterscheiden kann.
Im nächsten Kapitel wird diskutiert, inwiefern der Ansatz von Tip-enhanced Raman Scattering (TERS), also spitzenverstärkter Raman Streuung genutzt werden kann um die laterale Auflösung bei Raman Spannungsmessungen zu erhöhen. Hierzu wird eine Studie präsentiert, die zeigt, welchen Einfluss Metallpartikel auf Erhöhung und Lokalisierung des Ramansignals haben. Eine Methode um Metallpartikel an scannbare Spitzen anzubringen wird erfolgreich angewendet. Erste TERS-Scans werden gezeigt und deren Bedeutung und Herausforderungen bei der hochaufgelösten Messung von Spannungen in Halbleiterstrukturen wird erläutert.
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Entwicklung ramanspektroskopischer Messmethoden zur Untersuchung lignocelluloser PflanzenmaterialienFeldner, Alexander 20 July 2017 (has links) (PDF)
Landlebende Pflanzen weisen differenzierte Gewebetypen auf, die neben der Aufrechterhaltung physiologischer Stoffwechselvorgänge äußeren mechanischen Belastungen standhalten müssen. Durch zweckmäßige Verteilung von Festigkeitsgeweben über den Sprossquerschnitt erlangen Pflanzen die notwendigen Versteifungen und Stabilitäten. Zur ortsaufgelösten Darstellung der unterschiedlichen Pflanzengewebe wird auf die Methode der Ramanspektroskopie zurückgegriffen. Dazu werden valide ramanspektroskopische Methoden entwickelt, die die Bestimmung der Cellulosekristallinität sowie die Quantifizierung des Lignins und der Hemicellulosen zum Ziel haben. Am Beispiel eines Pflanzenquerschnittes des Gemeinen Flachs Linum usitassimum werden die spektroskopischen Methoden angewandt und die Verteilung der unterschiedlichen Gewebetypen aufgezeigt und diskutiert.
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Untersuchungen optischer Eigenschaften von porösen Strukturen auf der Basis von III-V-HalbleiterverbindungenSarua, Andrei 10 December 2009 (has links) (PDF)
In der Arbeit wurden sowohl optische, als auch Schwingungs- und Struktur-Eigenschaften poröser Strukturen auf der Basis von n-GaP, n-GaAs und n-InP mit Hilfe der Raman- und FTIR- Spektroskopie untersucht. Speziell den in polaren Materialien auftretenden Fröhlich-Moden wurde dabei besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Es wurden experimentelle Ergebnisse theoretischen Modellen auf der Basis der Effektiven Medien Theorie gegenübergestellt. Die Ergebnisse sollen helfen, Grundkenntnisse über die Eigenschaften poröser Halbleiterstrukturen zu gewinnen, um zum einen Anwendungsmöglichkeiten zu erschließen und zum anderen das theoretische Modell zur Beschreibung heterogener Medien zu vervollkommnen.
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Phase separation in carbon:transition metal nanocomposite thin films / Phasentrennung in dünnen Kohlenstoff-Übergangsmetall-NanokompositenBerndt, Markus 08 February 2010 (has links) (PDF)
The structural evolution of carbon:transition metal (C:TM) nanocomposite thin films is investigated in two regimes: (i) surface diffusion governed regime occurring during the film growth and (ii) bulk diffusion dominated regime occurring during the post-deposition thermal annealing. C:V, C:Co, and C:Cu nanocomposite films were grown by ion beam co-sputtering. The influence of the metal type, metal content (15-40 at.%), substrate temperature (RT-500°C), and annealing temperature (300-700°C) on the structure and morphology of the composite is studied by the means of elastic recoil detection analysis, X-ray diffraction, transmission electron microscopy, and Raman spectroscopy.
Vanadium (copper) is in carbidic (metallic) state in the whole temperature range of the study. In contrast, cobalt is in carbidic state up to 300°C and becomes metallic at higher growth temperatures. The nanoparticles in C:V films exhibit a globular shape at RT-500°C, whereas in C:Co and C:Cu films a growth transition from globular to elongated nanoparticles occurs around 300°C. The comparison of the Raman spectroscopy results from carbon reference and C:TM thin films shows that the presence of the metal during growth significantly enhances the formation of sixfold ring carbon clusters at temperatures as low as RT. The enhancement occurs independently of the nanoparticle size, shape, and phase, and metal content, and is related to processes taking place on the nanoparticle surface of the growing film rather than in the bulk. The degree of enhancement depends on the TM type and content.
Post-deposition annealing of C:Co and C:Cu films at 700°C causes the metal segregation at the film surface, while no changes upon annealing occur in C:V films. In addition, cobalt brings about the carbon graphitization by a dissolution-diffusion-precipitation mechanism, similar to the metal-mediated crystallization of amorphous silicon or germanium. No graphitization upon annealing occurs in C:V, C:Cu, and carbon reference films. / Die Strukturentwicklung in Kohlenstoff-Übergangsmetall-Nanokompositschichten wird in zwei Bereichen untersucht: (i) im oberflächendiffusionsgesteuerten Bereich während des Schichtwachstums und (ii) im bulkdiffusionsdominierten Bereich während des nachträglichen Temperns. C:V, C:Co und C:Cu Nanokompositschichten wurden durch Ionenstrahl Co-Sputtern hergestellt. Der Einfluss des Metalltyps, des Metallgehalts (15-40 at.%), der Substrattemperatur (RT-500°C) und der Temperatur beim Tempern (300-700°C) auf die Struktur und Morphologie des Komposits wird mittels elastischer Rückstoßteilchen-Analyse, Röntgenbeugung, Transmissionselektronenmikroskopie und Ramanspektroskopie untersucht.
Vanadium (Kupfer) ist im gesamten Temperaturbereich der Studie in karbidischem (metallischen) Zustand. Im Gegensatz dazu befindet sich Kobalt bis zu einer Temperatur von 300°C in karbidischem Zustand und wird bei höheren Abscheidetemperaturen metallisch. Die Nanopartikel in C:V Filmen besitzen eine runde Form im Temperaturbereich von RT bis 500°C wohingegen bei den C:Co und C:Cu Filmen ein Übergang von runden zu länglichen Partikeln bei etwa 300°C zu beobachten ist. Der Vergleich der Ramanspektroskopieresultate der Kohlenstoffreferenzproben und der Nanokompositschichten zeigt, dass die Anwesenheit des Metalls während des Schichtwachstums die Bildung von sechsatomigen Kohlenstoffringclustern bei Temperaturen so niedrig wie Raumtemperatur deutlich fördert. Die Erhöhung tritt unabhängig von der Partikelgröße, -form und phase und unabhängig vom Metallgehalt auf, und betrifft eher Prozesse, die auf der Oberfläche der Nanopartikel während des Schichtwachstums stattfinden als im Bulk. Der Grad der Erhöhung hängt vom Metalltyp und -gehalt ab.
Nachträgliches Tempern der C:Co und C:Cu Filme bei 700°C führt zur Segregation des Metalls an der Schichtoberfläche während in den C:V Filmen keine Veränderungen durch das Tempern auftreten. Des weiteren kommt es in den C:Co Filmen zur Graphitisierung des Kohlenstoffs durch einen „Lösungs-Diffusions-Ablagerungs“ Mechanismus ähnlich der metallvermittelten Kristallisierung in amorphem Silizium und Germanium. In den C:V, C:Cu und Kohlenstoffreferenzfilmen findet keine Graphitisierung während des Temperns statt.
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Self organized formation of Ge nanocrystals in multilayersZschintzsch-Dias, Manuel 05 June 2012 (has links) (PDF)
The aim of this work is to create a process which allows the tailored growth of Ge nanocrystals for use in photovoltic applications. The multilayer systems used here provide a reliable method to control the Ge nanocrystal size after phase separation.
In this thesis, the deposition of GeOx/SiO2 and Ge:SiOx~ 2/SiO2 multilayers via reactive dc magnetron sputtering and the self-ordered Ge nanocrystal formation within the GeOx and Ge:SiOx~ 2 sublayers during subsequent annealing is investigated.
Mostly the focus of this work is on the determination of the proper deposition conditions for tuning the composition of the systems investigated. For the GeOx/SiO2 multilayers this involves changing the GeOx composition between elemental Ge (x = 0) and GeO2 (x = 2), whereas for the Ge:SiOx~ 2/SiO2 multilayers this involves changing the stoichiometry of the Ge:SiOx~ 2 sublayers in the vicinity of stochiometric silica (x = 2). The deposition conditions are controlled by the variation of the deposition rate, the deposition temperature and the oxygen partial pressure.
A convenient process window has been found which allows the sequential deposition of GeOx/SiO2 or Ge:SiOx ~2/SiO2 without changing the oxygen partial pressure during deposition. For stoichiometry determination Rutherford back-scattering spectrometry has been applied extensively.
The phase separation in the spatially confined GeOx and Ge:SiOx ~2 sublayers was investigated by X-ray absorption spectroscopy at the Ge K-edge. The Ge sub-oxides content of the as-deposited multilayers diminishes with increasing annealing temperature, showing complete phase separation at approximately 450° C for both systems (using inert N2 at ambient pressure). With the use of chemical reducing H2 in the annealing atmosphere, the temperature regime where the GeOx phase separation occurs is lowered by approximately 100 °C. At temperatures above 400° C the sublayer composition, and thus the density of the Ge nanocrystals, can be altered by making use of the reduction of GeO2 by H2.
The Ge nanocrystal formation after subsequent annealing was investigated with X-ray scattering, Raman spectroscopy and electron microscopy. By these methods the existence of 2 - 5 nm Ge nanocrystals at annealing temperatures of 550 (GeOx) - 700° C (Ge:SiOx ~2) has been confirmed which is within the multilayer stability range.
The technique used allows the production of extended multilayer stacks (50 periods ~ 300 nm) with very smooth interfaces (roughness ~ 0.5 nm). Thus it was possible to produce Ge nanocrystal layers with ultra-thin SiO2 separation layers (thickness ~ 1 nm) which offers interesting possibilities for charge transport via direct tunneling.
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