Development of rapid crystallization technique of amorphous GeSn films at room temperature by electron beam and electrical characterization of the products

电子束非晶GeSn薄膜室温快速晶化技术开发及产品电学表征

• 批准号: 22H01815
• 负责人: 仲村 龍介
• 金额: $ 11.56万
• 依托单位: The University of Shiga Prefecture
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01815/
• 关键词: アモルファスGeSn; 電子ビーム結晶化; 構造およびミクロ組織解析; 電気特性; 半導体; アモルファス; 結晶化; 電子ビーム

ゲルマニウム（Ge）-スズ（Sn）混晶薄膜は，主流のシリコン（Si）そしてGeを凌駕する電気および光学特性をもつ次世代の半導体デバイス材料として有望である．Snを極力高濃度に固溶した結晶薄膜を低温で作製することを実用化の第一ハードルとして，国内外で活発な研究が繰り広げられている．本研究では，弱い電子ビームによる「非加熱方式」により，瞬間的かつ広域な結晶成長を促す方法の確立を目指す．(1) この手法の有効性を実証し，(2) 瞬間結晶化（爆発的結晶化）が生じる構造的要因を明らかにし，そして，(3) 得られた結晶膜の電気特性を評価する．Geの性能を超えるGeSn結晶薄膜の非加熱方式作製技術の確立を最終目標とする．今年度は(1)の研究として，基板フリーのアモルファスGeSn試料に対して1－20keVの電子ビームをアモルファスGeSn試料に照射し，爆発的結晶化が起こる電子ビームの条件とSnの最大濃度を明らかにする研究を実施した．3keVで結晶化に必要な電子フラックスは低く効率よく結晶化が起こることがわかった．そして，20at.%Snのアモルファス薄膜において爆発的結晶化が起こることがわかった．(2)の研究として，透過型電子顕微鏡を用いてアモルファスGeSnの二体分布関数を求めた．20at.%Snを超えると，原子間距離が顕著に長くなりアモルファス構造に明瞭な変化が生じることがわかった．この濃度を超えると，電子ビームによる結晶化においてSnの析出が顕著になり爆発的結晶化が阻害されることがわかった．

锗（GE）-tin（SN）混合晶体薄膜有望作为下一代半导体装置材料，具有超过主流硅（SI）和GE的电气和光学特性。积极的研究是在国内外进行的，作为实际应用晶体薄膜的第一个障碍，以尽可能高浓度溶解SN。在这项研究中，我们旨在建立一种使用弱电子束使用“非加热方法”来促进瞬时和广阔的晶体生长的方法。 （1）证明了该技术的有效性，（2）阐明引起瞬时结晶的结构因子（爆炸性结晶），并且（3）评估所得晶体膜的电性能。最终目标是建立一种制造超过GE性能的GESN晶体薄膜的技术。今年，作为研究（1）的一部分，我们进行了一项研究，以1-20 keV的电子束对无底物无定形的无形GESN样品阐明无定形GESN样品，并阐明爆炸性结晶的电子束条件发生，并最大程度地浓度。发现在3keV处结晶所需的电子通量很低，并且有效地发生结晶。然后发现，在20个sn的20个无定形薄膜中发生爆炸性结晶。作为（2）中的研究，我们使用透射电子显微镜来确定无定形GESN的两体分布函数。已经发现，当距离超过20 at。％sn时，原子间距离明显更长，并且无定形结构发生明显的变化。已经发现，当超过这种浓度时，电子束在结晶过程中明显明显的SN沉淀，并抑制了爆炸性的结晶。