Crescimento Térmico de Óxido de Germânio (GeO 2 ) para Aplicação em Nanoeletrônica

1. Crescimento Térmico de Óxido de Germânio (GeO2) para Aplicação em Nanoeletrônica Jumir Vieira de Carvalho Júnior Orientador: Cristiano Krug Laboratório de Superfícies e Interfaces Sólidas (LASIS) Laboratório de Implantação Iônica VII Mostra PG – 07/08/2008

2. Nanoeletrônica do Presente: Tecnologia do Silício 107 mm2 30 cm Circuito Integrado(IC) DispositivoMOSFET Fabricação em larga escala 30 nm: ~ 1/10.000 do diâmetro de um fio de cabelo

3. Intel 4004 (1971) 108 KHz 2300 Transistores Tecnologia:10um Nanoeletrônica do Presente Lei de Moore (1965) Pentium 4 2 GHz >40,000,000 Transistores Tecnologia: 180nm

4. Nanoeletrônica do Futuro:Tecnologias Inovadoras Por que germânio como substituto ao silício? • Maior mobilidade dos portadores de carga quando comparado ao Si; • Compatível com o uso de materiais de alta constante dielétrica (high-k); • Adaptável ao processo CMOS do Si quando respeitadas as características físicas do Ge; • A combinação de dispositivos de Ge e GaAs é uma sugestão para aumentar o desempenho da tecnologia CMOS. Ge?

5. Objetivos • Avaliar diferentes processos de limpeza química de um substrato de germânio visando aplicação em nanoeletrônica; • Investigar os mecanismos de incorporação de oxigênio no substrato submetido a trata-mento térmico; • Obter um filme fino dielétrico de óxido de germânio que passive a superfície do subs-trato.

6. Limpeza Química do Substrato

7. Preparação das Amostras As amostras foram submetidas a diferentes processos de limpeza química submergindo-as em: • ácido fluorídrico (HF 40% e 10%); • ácido bromídrico (HBr 48% ); • água deionizada (DIW); • peróxido de hidrogênio (H2O2), em diferentes proporções. Ao retirar as mesmas, secamos com um jato de nitrogênio.

8. Caracterização das Amostras Imediatamente após o processo de limpeza, as amos-tras foram caracterizadas através da Espectroscopia de Fotoelétrons (XPS).

9. Resultados dos Experimentos de Limpeza Química • HBr 48% e HF 40% mos-traram-se mais eficazes para remover o óxido nativo; • Água deionizada remove parcialmente o óxido nativo (GeO2) porém não remove sub-óxidos (GeOx). Área Relativa ao pico Ge-O

10. Oxidação das Amostras

11. Preparação das Amostras As amostras foram oxidadas em um forno estático 100 mbar de O2 enriquecido no isótopo 18O por 30 a 150 min entre 400 e 550ºC.

12. Técnicas de Análise Realizadas As amostras foram analisadas pelas seguintes técnicas: • Espectrometria de retroespalhamento Rutherford canalizado (c-RBS); • Reação nuclear 18O(p,α)15N no modo não-ressonante (NRA); • Microscopia de força atômica (AFM).

13. Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford (c-RBS) 16O 18O

14. Reação nuclear no modo não-ressonante (NRA)

15. Microscopia de Força Atômica (AFM)

16. Conclusões • A limpeza HF 40% mostrou-se a mais eficaz para remover o óxido nativo do substrato; • Há evidências que o óxido sublime para temperaturas acima de 500ºC a 100mbar; • O processo de oxidação testado mostrou-se inadequado para fabricação de dispositivos MOSFET;

17. Perspectivas • Oxi-nitretação da superfície do germânio; • Deposição de materiais de alta constante dielétrica (high-k) sobre germânio; • Fabricação de capacitores MOS para posterior caracterização elétrica.

18. Agradecimentos

19. Obrigado!