Studio di livelli profondi in nanofili di silicio

Si riassumono le principali proprietà e applicazioni di dispositivi basati su nanofili. Si descrivono le tecniche utilizzate in laboratorio per analizzare livelli profondi in nanofili di Silicio con particolare attenzione ai concetti teorici alla base di questi metodi.

Spettroscopia di livelli profondi su nanofili di silicio cresciuti con metodo MaCE

Oggetto di studio di questa tesi è la spettroscopia di livelli profondi (DLTS) in due set di nanofili di silicio cresciuti con metodo MaCE presso l’Università di Jena (Germania)nel team di ricerca del Prof. Vladimir Sivakov, utilizzando oro come catalizzatore. Il primo set di nanofili non ha subito ulteriori procedure dopo la crescita, mentre il secondo set è stato sottoposto ad annealing (stress termico) per 60 minuti alla temperatura di 700C. Scopo delle misure DLTS è quello di rivelare i livelli elettronici intragap e determinare l’influenza del processo di annealing su tali livelli. Dai risultati sperimentali si è osservata la presenza di due trappole per elettroni in entrambi i campioni: nel campione non soggetto ad annealing sono stati trovati i seguenti stati intragap: A, con energia di attivazione EA = EC - 0,20eV e sezione di cattura SA = 7E-18cm2; B, con energia di attivazione EB = EC - 0,46eV e sezione di cattura SB = 8E-18cm2; nel campione soggetto ad annealing sono stati trovati i seguenti stati intragap: C, con energia di attivazione EC = EC - 0,17eV e sezione di cattura SC = 3E-17cm2; D, con energia di attivazione ED = EC - 0,30eV e sezione di cattura SD = 3E-19cm2. Risulta quindi evidente che il processo di annealing determina una modifica della configurazione dei livelli intragap. In particolare la trappola B, posizionata nelle vicinanze della metà del bandgap, scompare in seguito allo stress termico. Dalle ricerche fatte in letteratura, potrebbe trattarsi di un livello energetico generato dalla presenza di idrogeno, incorporato nei nanofili durante la crescita. Questi risultati si propongono come una base di partenza per studi futuri riguardanti l’identificazione certa dei difetti responsabili di ciascun livello intragap rivelato, mediante ricerche approfondite in letteratura (riguardo i livelli intragap del silicio bulk) e simulazioni.

Caratterizzazione della superficie di array di nanofili di silicio

Nel primo capitolo viene introdotto lo studio eff�ettuato e descritto un metodo di misure successivo alla caratterizzazione della super�ficie. Nel secondo capitolo vengono descritti i campioni analizzati e, nello speci�fico, la crescita attraverso MaCE dei nanofi�li di silicio. Nel terzo capitolo viene descritto lo strumento AFM utilizzato e la teoria della caratterizzazione alla base dello studio condotto. Nella quarta sezione vengono descritti i risultati ottenuti mentre nelle conclusioni viene tratto il risultato dei valori ottenuti di RMS roughness e roughness exponent.

Caratterizzazione di epid a silicio amorfo per controlli dosimetrici su fasci di fotoni ad alta energia.

Il presente lavoro è stato svolto presso la struttura di Radioterapia del Policlinico S. Orsola - Malpighi e consiste nella caratterizzazione di un sistema di acquisizione per immagini portali (EPID) come dosimetro relativo bidimensionale da usare nei controlli di qualità sui LINAC. L’oggetto di studio è il sistema di acquisizione di immagini portali OPTIVUE 1000ST (Siemens), dispositivo flat panel di silicio amorfo (a-Si) assemblato all’acceleratore lineare Siemens Oncor. La risposta dell’EPID è stata analizzata variando i parametri di consegna della dose, mantenendo fissa la distanza fuoco-rivelatore. Le condizioni di stabilità, ottimali per lavorare, si hanno intorno alle 50 U.M. Dalle curve dei livelli di grigio ottenute risulta evidente che in diverse condizioni d’irraggiamento il sistema risponde con curve di Dose-Risposta differenti, pur restando nello stesso range di dose. Lo studio include verifiche sperimentali effettuate con l’OPTIVUE e usate per espletare alcuni controlli di qualità di tipo geometrico come la coincidenza campo luminoso – campo radiante e la verifica del corretto posizionamento delle lamelle del collimatore multilamellare. Le immagini portali acquisite verranno poi confrontate con quelle ottenute irraggiando tradizionalmente una CR (computed radiography), per la coincidenza e una pellicola radiocromica EBT 3, per l’MLC. I risultati ottenuti mostrano che, per il primo controllo, in entrambi i modi, si è avuta corrispondenza tra campo radiante e campo luminoso; il confronto fra le due metodiche di misura risulta consistente entro i valori di deviazioni standard calcolati, l’OPTIVUE può essere utilizzato efficacemente in tale controllo di qualità. Nel secondo controllo abbiamo ottenuto differenze negli errori di posizionamento delle lamelle individuati dai due sistemi di verifica dell’ordine di grandezza dei limiti di risoluzione spaziale. L’OPTIVUE è in grado di riconoscere errori di posizionamento preesistenti con un’incertezza che ha come limite la dimensione del pixel. Il sistema EPID, quindi, è efficace, affidabile, economico e rapido.

A DLTS technique for surface state capture cross-section measurement of MOS diodes

A modified DLTS technique is proposed for the direct measurement of capture cross-section of MOS surface states. The nature of temperature and energy dependence σn is inferred from data analysis. Temperature dependence of σn is shown to be consistent with the observed DLTS line shapes.

Interface states of laser ablated BaTiO3 and Ba0.9Ca0.1TiO3 thin films in MFS structure determined by DLTS and C – V technique

BaTiO3 and Ba0.9Ca0.1TiO3 thin films were deposited on the p – type Si substrate by pulsed excimer laser ablation technique. The Capacitance – Voltage (C-V) measurement measured at 1 MHz exhibited a clockwise rotating hysteresis loop with a wide memory window for the Metal – Ferroelectric – Semiconductor (MFS) capacitor confirming the ferroelectric nature. The low frequency C – V measurements exhibited the response of the minority carriers in the inversion region while at 1 MHz the C – V is of a high frequency type with minimum capacitance in the inversion region. The interface states of both the MFS structures were calculated from the Castagne – Vaipaille method (High – low frequency C – V curve). Deep Level Transient Spectroscopy (DLTS) was used to analyze the interface traps and capture cross section present in the MFS capacitor. There were distinct peaks present in the DLTS spectrum and these peaks were attributed to the presence of the discrete interface states present at the semiconductor – ferroelectric interface. The distribution of calculated interface states were mapped with the silicon energy band gap for both the undoped and Ca doped BaTiO3 thin films using both the C – V and DLTS method. The interface states of the Ca doped BaTiO3 thin films were found to be higher than the pure BaTiO3 thin films.

DLTS analysis of amphoteric interface defects in high-TiO2 MOS structures prepared by sol-gel spin-coating

High-kappa TiO2 thin films have been fabricated from a facile, combined sol-gel spin - coating technique on p and n type silicon substrate. XRD and Raman studies headed the existence of anatase phase of TiO2 with a small grain size of 18 nm. The refractive index `n' quantified from ellipsometry is 2.41. AFM studies suggest a high quality, pore free films with a fairly small surface roughness of 6 angstrom. The presence of Ti in its tetravalent state is confirmed by XPS analysis. The defect parameters observed at the interface of Si/TiO2 were studied by capacitance - voltage (C - V) and deep level transient spectroscopy (DLTS). The flat - band voltage (V-FB) and the density of slow interface states estimated are -0.9, -0.44 V and 5.24x10(10), 1.03x10(11) cm(-2); for the NMOS and PMOS capacitors, respectively. The activation energies, interface state densities and capture cross -sections measured by DLTS are E-V + 0.30, E-C - 0.21 eV; 8.73x10(11), 6.41x10(11) eV(-1) cm(-2) and 5.8x10(-23), 8.11x10(-23) cm(2) for the NMOS and PMOS structures, respectively. A low value of interface state density in both P-and N-MOS structures makes it a suitable alternate dielectric layer for CMOS applications. And also very low value of capture cross section for both the carriers due to the amphoteric nature of defect indicates that the traps are not aggressive recombination centers and possibly can not contribute to the device operation to a large extent. (C) 2015 Author(s).

Detección y análisis de grietas en sustratos de silicio cristalino originadas en líneas industriales de fabricación de células solares

164 p.

CHARACTERIZATION OF HIGH FLUENCE NEUTRON-INDUCED DEFECT LEVELS IN HIGH-RESISTIVITY SILICON DETECTORS USING A LASER DEEP-LEVEL TRANSIENT SPECTROSCOPY (L-DLTS)

Neutron irradiated high resistivity (4-6 kOMEGA-cm) silicon detectors in the neutron fluence (PHI(n)) range of 5 X 10(11) n/cm2 to 1 X 10(14) n/cm2 have been studied using a laser deep level transient spectroscopy (L-DLTS). It has been found that the A-center (oxygen-vacancy, E(c) = 0.17 eV) concentration increases with neutron fluence, reaching a maximum at PHI(n) almost-equal-to 5 X 10(12) n/cm2 before decreasing with PHI(n). A broad peak has been found between 200 K and 300 K, which is the result of the overlap of three single levels: the V-V- (E(c) = 0.38 eV), the E-center (P-V, E(c) = 0.44 eV), and a level at E(c) = 0.56 eV that is probably V-V0. At low neutron fluences (PHI(n) < 5 X 10(12) n/cm2), this broad peak is dominated by V-V- and the E-centers. However, as the fluence increases (PHI(n) greater-than-or-equal-to 5 X 10(12) n/cm2), the peak becomes dominated by the level of E(c) = 0.56 eV.

HIGH-RESOLUTION DLTS AND ITS APPLICATION TO LATTICE-MISMATCH-INDUCED DEEP LEVELS IN INGAP

A new method of differentiating the deep level transient spectroscopy (DLTS) signal is used to increase the resolution of conventional DLTS. Using this method, more than one single deep level with small differences in activation energy or capture cross section, which are often hard to determine by conventional DLTS, can be distinguished. A series of lattice-mismatched InxGa1-xP samples are measured by improved DLTS to determine accurately the activation energy of a lattice-mismatch-induced deep level. This level cannot be clearly determined using conventional DLTS because the two signals partly overlap each other. Both the signals are thought to originate from a phosophorus vacancy and lattice-mismatch-induced defect.

Investigation on the N-eff reverse annealing effect using TSC/I-DLTS: Relationship between neutron induced microscopic defects and silicon detector electrical degradations

Neutron induced defect levels in high resistivity silicon detectors have been studied using a current-based macroscopic defect analysis system: thermally stimulated current (TSC) and current deep level transient spectroscopy (I-DLTS). These studies have been correlated to the traditional C-V, I-V, and transient current and charge techniques (TCT/TChT) after neutron radiation and subsequent thermal anneals. It has been found that the increases of the space charge density, N-eff, in irradiated detectors after thermal anneals (N-eff reverse anneal) correspond to the increases of deep levels in the silicon bandgap. In particular, increases of the double vacancy center (V-V and V-V-- -) and/or C-i-O-i level have good correlations with the N-eff reverse anneal. It has also been observed that the leakage current of highly irradiated (Phi(n) > 10(13) n/cm(2)) detectors increases after thermal anneals, which is different from the leakage current annealing behavior of slightly irradiated (Phi(n) < 10(13) n/cm(2)) detectors. It is apparent that V-V center and/or C-i-O-i level play important roles in both N-eff and leakage current degradations for highly irradiated high resistivity silicon detectors.

GaAs／Si／AlAs异质结的DLTS实验研究

利用深能级瞬态谱（DLTS）技术研究了Si夹层和GaAs层不同生长温度对GaAs／AlAs异质结晶体品质的影响。发现Si夹层的引入并没有引起明显深能级缺陷，而不同温度下生长的GaAs／Si／AlAs异质结随着温度的降低，深能级缺陷明显增加，并进行了分析，得到深能级是由Ga空位引起的，在600℃时生长的晶体质量最佳。

InAs/GaAs自组织量子电的DLTS谱

将DLTS用于对InAs/GaAs QD结构样品的测量，测定了QD能级发射载流子的热激活能；获得了QD能级俘获电子过程伴随有多声子发射(MPE),QD能级存在一定程度的展宽，以及在某些特定的生长条件下,存在亚稳生长构形的实验证据。结果表明:DLTS在QD体系的研究中有其特有的功能。