The understanding of the electrical properties of defects introducing deep levels in silicon is of prime technological importance in modern microelectronics. In this thesis, a comprehensive study of the transition metals titanium, cobalt, and nickel in silicon, and of their interaction with hydrogen is presented. The formed defects are detected and characterized by deep level transient spectroscopy (DLTS), Laplace DLTS, and minority carrier transient spectroscopy.
A natural starting point for a study of metal-hydrogen reactions in silicon is the analysis of the effect of hydrogen on metal-free silicon. Complexes of hydrogen with carbon, which create deep levels in the band gap of silicon, are observed.
Titanium introduces three levels into the band gap. The charge states determined in this thesis are in contradiction to the literature, questioning the assignment of these levels. Upon hydrogenation, TiH complexes with one, two, and three hydrogen atoms are identified. A proposition by theory that two different configurations of TiH with one hydrogen atom exist, can be supported.
Cobalt is shown to have only one level in the band gap of silicon, whereas a second level previously attributed to cobalt is assigned to the cobalt-boron pair. Two CoH complexes are determined.
Nickel has three levels in the band gap. Upon hydrogenation, complexes with up to three hydrogen atoms are identified. One of the defects can be observed in both n - and p -type silicon.
For all three metals investigated, passive hydrogen complexes exist. They are created by further hydrogenation after the appearance of the above mentioned electrically active complexes.
The thesis concludes with a comparison of the obtained results with those of neighboring elements to look for similarities and patterns. / Das Verständnis der elektrischen Eigenschaften von Defekten, welche tiefe Niveaus in der Bandlücke von Silizium erzeugen, ist von außerordentlichem Interesse für die moderne Mikroelektronik. In der vorliegenden Dissertation wird eine umfassende Untersuchung der Übergangsmetalle Titan, Kobalt und Nickel in Silizium und ihrer Wechselwirkung mit Wasserstoff vorgestellt. Die entstandenen Defekte werden mit Hilfe von Kapazitätstransientenspektroskopie (DLTS - deep level transient spectroscopy), Laplace DLTS und Minoritätsladungsträgertransientenspektroskopie (MCTS - minority carrier transient spectroscopy) beobachtet und charakterisiert.
Für eine fehlerfreie Analyse der Metall-Wasserstoff-Reaktionen ist es sinnvoll, zuerst den Einfluss des Wasserstoffs auf metallfreies Silizium zu prüfen. Dabei wird die Bildung von Kohlenstoff-Wasserstoff-Komplexen, welche Niveaus in der Bandlücke von Silizium erzeugen, beobachtet.
Titan besitzt drei Niveaus in der Bandlücke von Silizium. Die in dieser Arbeit bestimmten Ladungszustände stehen im Widerspruch zu den Literaturangaben, daher wird die Zuordnung dieser Niveaus in Frage gestellt. Die Reaktion von Titan mit Wasserstoff führt zu elektrisch aktiven Komplexen mit bis zu drei Wasserstoffatomen. Die Ergebnisse unterstützen einen Vorschlag aus der Theorie, nach dem der Komplex mit einem Wasserstoff zwei verschiedene Konfigurationen besitzen soll.
Kobalt erzeugt ein Niveau in der Bandlücke. Ein weiteres Niveau, welches früher ebenfalls dem Kobalt zugewiesen wurde, kann dem Kobalt-Bor-Paar zugeordnet werden. Nach der Reaktion mit Wasserstoff können zwei CoH-Komplexe nachgewiesen werden.
Nickel besitzt drei Niveaus in der Bandlücke und erzeugt elektrisch aktive NiH-Komplexe mit bis zu drei Wasserstoffatomen. Einer dieser Defekte kann sowohl im n - als auch im p -Typ Silizium beobachtet werden.
Alle drei untersuchten Metalle besitzen elektrisch passive Komplexe, welche nach der weiteren Reaktion von Wasserstoff mit den aktiven Komplexen entstehen. Die Arbeit endet mit einem Vergleich der Ergebnisse mit denen benachbarter Elemente, um mögliche Ähnlichkeiten oder Muster zu erkennen.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa.de:bsz:14-qucosa-165931 |
| Date | 19 June 2015 |
| Creators | Scheffler, Leopold |
| Contributors | Technische Universität Dresden, Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften, Prof. Dr. Jörg Weber, Prof. Dr. Jörg Weber, Director of Research Dr. Abdelmadjijd Mesli |
| Publisher | Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
Page generated in 0.0033 seconds