Orientador: Jacobus W. Swart

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin

Resumo: Neste trabalho estudamos duas técnicas de dopagem em semicondutores: difusão e implantação iônica. Realizamos difusão de Estanho em Arseneto de Gálio utilizando como fonte de difusão um filme "Spin-on-Glass" (SOG) dopado, através de processamento térmico rápido. O filme SOG serve tanto de...

Resumo: Neste trabalho estudamos duas técnicas de dopagem em semicondutores: difusão e implantação iônica. Realizamos difusão de Estanho em Arseneto de Gálio utilizando como fonte de difusão um filme "Spin-on-Glass" (SOG) dopado, através de processamento térmico rápido. O filme SOG serve tanto de fonte como de proteção da superfície do GaAs contra a perda de Arsênio. Obtivemos camadas n+ rasas, com alta concentração de superfície (1-3.1018cm-3) e boa mobilidade (em média 1000cm2 / V.s). Estabelecemos um modelo para a difusão de Estanho dependente da sobre-pressão de vapor de Arsênio baseado nos defeitos pontuais gerados na interface SiO2/GaAs. O uso de sobre-pressão de As reduz as reações entre o SiO2 e o GaAs, produzindo assim menos defeitos pontuais (VGa e GaI, entre outros), resultando em menor coeficiente de difusão e maior energia de ativação. A adição de Gálio no filme SOG tem o mesmo efeito, porém em bem menor intensidade. Realizamos também implantação iônica de Magnésio em GaAs. Foram feitas implantações simples e dupla, co-implantando Fósforo. Estudamos o comportamento do Magnésio durante o recozimento pós-implantação. Para dose de 1.1014cm-2 e energia de 200ke V, obtivemos altas ativações. Os melhores resultados foram obtidos para recozimento a 900°C/5, 10 e 20s e a 950°C/5s. Com o aumento da dose (1.1015cm-2/100keV), a ativação cai. Porém, quando realizamos a dupla-implantação utilizando mesma .dose e energia, a ativação triplicou. Isto demonstrou que o Fósforo está realmente ocupando as vacâncias de Arsênio, aumentando, assim, as vacâncias de Gálio ( que serão ocupadas pelo Mg). Estudamos os diversos mecanismos de difusão do Magnésio, incluindo difusão "uphill". Portanto, tanto no caso da difusão de Estanho, quanto na ativação do Magnésio durante o recozimento, observa-se o efeito de defeitos pontuais tipo VGa e GaI. Isto é esperado pelo fato de ambos os dopantes tenderem a substituir posições de Gálio. Este conhecimento permite a otimização dos processos pelo controle da geração destes defeitos pontuais

Abstract: In the dissertation, two doping techniques of semiconductors have been studied: diffusion and ion implantation. Diffusion of Tin into GaAs from a Spin-on-Glass (SOG) layer during rapid thermal processing (RTP) has been performed. The SOG film acts as a diffusion source as well as a...

Abstract: In the dissertation, two doping techniques of semiconductors have been studied: diffusion and ion implantation. Diffusion of Tin into GaAs from a Spin-on-Glass (SOG) layer during rapid thermal processing (RTP) has been performed. The SOG film acts as a diffusion source as well as a protecting cap layer against incongruent As loss. Shallow n+ junctions with high electron surface concentration (1-3.1018cm-3) and good mobility (~ 1000cm2 / V.s ) have been obtained. A diffusion model has been established based on the point defects generated at the SiO2/GaAs interface and its dependency on the presence or not of As over-pressure ambient. An As over-pressure ambient reduces the reactions between SiO2 and GaAs, generating less point defects (VGa e GaI, among others), which results in a lower diffusion coefficient and higher activation energy. The addition of Ga to the SOG film presents the same effect, but much less intense. Ion implantation of Mg into GaAs has been studied. The Mg implantation has been performed in a simple and in a dual process, in this case with the co-implantation of P. The behavior of Mg during annealing after implantation has been analyzed. For doses of 1.1014cm-2 and energy of 200keV, high electrical activation is obtained for annealing at 900°C for 5, 10 and 20s, and at 950°C for 5s. By increasing the doses to 1.1015cm-2 (100keV), a strong reduction in activation is observed. However, by means of dual implantation with P, the activation is .increased by a factor of 3. This indicates that P reduces the As vacancies, increasing the Ga vacancies and consequently the activation of the Mg atoms. The different mechanisms of Mg diffusion have been identified, including the uphill diffusion. In both cases, the diffusion of Sn as the activation and diffusion of Mg after ion implantation, the effects of point defects such as VGa and GaI, is observed. This is expected based on the fact that both impurities tend to occupy Ga sites. This knowledge allows the optimization of the process by controlling the generation of the point defects