Diplomarbeit - Institut für Halbleiter

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84 KAPITEL 5. CHARAKTERISIERUNG VON NANOSTRUKTUREN auf der Probe. Bei genauerer Betrachtung finden sich jene Stellen die im Bild A so deutlich hell hervorgehoben sind auch in Bild C - nur viel schwächer. Aus Bildern wie Abb. 5.11A kann auch die Menge an Kohlenstoff abgeschätzt werden, die sich im Bildbereich befindet. 5.3 Silizium - Germanium Heterostruktur 5.3.1 Probenaufbau Von Heterostruktur spricht man, wenn eine Probe aus einer wiederholten Schichtabfolge besteht. Im konkreten Fall handelt es sich um eine Abfolge von einer Schicht Silizium, die von einer dünnen Schicht Germanium überdeckt wurde. Diese Abfolge Si-Ge wurde mehrmals wiederholt. Die Probe wurde mittels Molekularstrahlepitaxie (engl.: molecular beam epitaxy, MBE) hergestellt. Dabei handelt es sich um ein Verfahren, bei dem abwechselnd Si und Ge im Hochvakuum verdampft wurde und sich so auf der Probe niederschlugen. (bzgl. MBE siehe [1]) 5.3.2 Massekontrast Silizium und Germanium kristallisieren beide in der Diamantstruktur, unterscheiden sich jedoch in ihrer Ordnungzahl: ZSi = 14 bzw. ZGe = 32 und ihrer relativen Atommasse: mSi = 28, 09 u und mGe = 72.59 u [25] (1 u = 1 12 der Masse eines C12-Kohlenstoffatoms). In Kapitel 2.3.3 Gleichung 2.10 wurde gezeigt, dass der differentielle Wirkungsquerschnitt d.h. die Wahrscheinlichkeit eines Streuprozesses von der Ordnungszahl abhängt. Kapitel 2.3.4 Gleichung 2.11 zeigte, dass auch die Intensität einer an einem Atom gestreuten Elektro- nenwelle von der Ordnungszahl abhängt. Zusammenfassend kann also gesagt werden, dass schwere Atome Elektronen mehr streuen als leichte. Dies zeigt sich vor allem im Transmis- sionsbild, wo Bereiche schwerer Elemente dunkler erscheinen als Bereiche leichter Elemente (im BF-Mode). Aufgrund des Atommassenunterschieds erscheinen im Transmissionsbild die Ge-Schichten dunkler als die Si-Schichten. Abbildung 5.12A zeigte eine Schichtabfolge von abwechselnd Si und Ge (X-Probe). Im Hochauflösungsbild Abb. 5.12B zeigt die dunkle Ge- Schicht die gleiche kristalline Struktur wie die beiden umliegenden hellen Si-Schichten. 5.3.3 Verspannungskontrast Silizium und Germanium kristallisieren zwar in der gleichen Gitterstruktur (Diamant) besit- zen jedoch eine unterschiedliche Gitterkonstante: aSi = 5, 431 ˚A [22] und aGe = 5, 658 ˚A [26].
5.3. SILIZIUM - GERMANIUM HETEROSTRUKTUR 85 Abbildung 5.12: Silizium und Germanium ergibt im TEM aufgrund unterschiedlicher Atommassen einen Helligkeitskontrast. Germanium streut durch seine größere Ordnungszahl (siehe Glg. 2.10) mehr Elektronen und erscheint dadurch im Transmissionsbild dunkler. Source: fs03xx sige.jpg,fs03xx sige.eps Dieser Unterschied von ca. 4 % führt dazu, dass sich beim Abscheiden der Ge-Schicht auf die Si-Unterlage Verspannungen in der Ge-Schicht bilden. Ist die nachfolgende Si-Schicht nicht allzu dick, so wirken die Verspannungen der Ge-Schicht durch das Silizium hindurch und beeinflussen die nächste Ge-Schicht. Die so aufgestauten Verspannungen führen dazu, dass sich im Verlauf des Schichtenwachstums keine homogenen 2dimensionalen Ge-Schichten mehr ausbilden, sondern, dass sich 3dimensionale Ge-Inseln bilden. So kann die aufgebaute Ver- spannungsenergie wieder abgebaut werden. Abbildung 5.13 zeigt, dass sich im Verlauf des Probenwachstums, Germanium nicht mehr als homogene Schicht auf dem Silizium ablagert, sondern in Form von Ge-Inseln. Der Verspannungskontrast wird jedoch erst sichtbar, wenn die Probe etwas verkippt wird (vgl. entlang des Elektronenstrahls orientiert Abb. 5.12A und verkippt Abb. 5.13A).
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vi INHALTSVERZEICHNIS 2.3.5 Elektro
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viii INHALTSVERZEICHNIS 6 Anhang 93
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2 KAPITEL 1. EINLEITUNG Atom gesehe
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4 KAPITEL 1. EINLEITUNG tischen Vor
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12KAPITEL 2. GRUNDLAGEN DER TRANSMI
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