Teplotní stabilita SiGe/Si multivrtev

Bc. Jiří Zelinka

Master's thesis

Temperature stability of SiGe/Si multilayers

Abstract:

Předložená práce se zabývá interdifuzí v multivrstvách SiGe s průměrným obsahem germania 50%, kterou studuje za použití metod rentgenové reflektivity a difrakce realizovaných in-situ ve vysokoteplotní vakuové komůrce. Rozsah teplot žíhání jednotlivých vzorků byl 620°C až 750°C, přičemž hledané interdifuzní koeficienty pro jednotlivé teploty žíhání jsou z naměřených dat získávány třemi odlišnými způsoby. První způsob spočívá ve sledování poklesu intenzity difrakčního maxima prvního řádu, druhý způsob sleduje pokles plochy pod difrakčním maximem prvního řádu a třetí způsob vychází ze sledování poklesu amplitudy elektronové hustoty ve struktuře multivrstvy získané pomocí simulace naměřených reflexních křivek. Obsahem práce je i porovnání zmíněných metod vyhodnocení. Získáná teplotní závislost interdifuzního koeficientu je proložena Arrheniovskou závislostí difuzního koeficientu na teplotě, odkud je získána hodnota aktivační energie (5,17 ± 0,27) eV. Prefaktor difuze přitom leží v intervalu mezi 10^4 m^2/s a 10^7 m^2/s. Tyto hodnoty jsou nadále porovnány s doposud známými daty, přičemž je zjištěno, že všechny doposud známé aktivační energie a prefaktory difuze jsou menší než ty určené v této práci. V závěru práce jsou hledány příčiny tohoto rozporu, přičemž za jednu z možných příčin je označeno chybné měření teploty vzorku během jeho žíhání.

Abstract:

In this work interdiffusion in SiGe multilayers with average content of germanium 50% was studied by x-ray reflectivity and x-ray diffraction methods during in-situ annealing in high temperature vacuum chamber. The annealing was realized in temperature range from 620°C to 750°C and the interdiffusion coefficient was extracted from measured data by three different techniques. The first technique was based on monitoring of decrease of first order diffraction peak intensity, the second method monitored decrease of area under first order diffraction peak and the third technique is based on monitoring the decrease of electron density amplitude in multilayer structure generated by simulation of measured reflection curves. The comparison of these three methods of interdiffusion coefficient extraction was done in this work too. Measured temperature dependence of interdiffusion coefficient was fitted by Arrhenius plot and activation energy (5,17 ± 0,27) eV was obtained. Diffusion prefactor lies between 10^4 m^2/s and 10^7 m^2/s. These values were compared with recently known data. The activation energy and diffusion prefactor resulted from this work was higher than any other value measured before. At the end of this work potential reasons of mentioned difference were searched and have been found that one of the reasons should be wrong measurement of sample temperature during its annealing.

Keywords

multivrstva SiGe, interdifuze, rentgenová reflektivita, rentgenová difrakce, aktivační energie, prefaktor difuze, SiGe multilayer, interdiffusion, x-ray reflectivity, x-ray diffraction, activation energy, diffusion prefactor

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 13. 5. 2011

Thesis defence

• Date of defence: 13. 6. 2011
• Supervisor: Mgr. Mojmír Meduňa, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Physics / Condensed Matter Physics