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DS: Dünne Schichten

DS 14: Plasma- und Ionentechniken I

DS 14.1: Hauptvortrag

Dienstag, 23. März 1999, 11:15–12:00, H 55

Ionenstrahlsynthese von Halbleiter-Nanoclustern für neue mikro- und optoelektronische Anwendungen — •J. von Borany — Forschungszentrum Rossendorf e.V., Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung

Der Beitrag gibt einen Überblick über die Erzeugung und Eigenschaften von Halbleiter-Nanoclustern (Si, Ge) in dünnen SiO₂-Schichten. Die Cluster mit typischen Abmessungen zwischen 2 - 10 nm zeigen auf Grund von Quanten- und Oberflächeneffekten eine Reihe außergewöhnlicher Eigenschaften, die sich von denen des klassischen Halbleiters wesentlich unterscheiden. Bei den Herstellungsverfahren wird vorwiegend auf die Ionenstrahlsynthese der Nanocluster eingegangen, vergleichend werden aber auch Prozesse der Schichtabscheidung (CVD, Magnetronsputtern) betrachtet. Die Nanoclusterbildung erfolgt in einem Selbstorganisationsprozeß, der modellmäßig als Folge von Übersättigung, Keimbildung und Ostwald-Reifung beschrieben werden kann. Es wird gezeigt, daß Größe, Verteilung und Struktur der Cluster entscheidend von den experimentellen Bedingungen (insbesondere bei Temperprozessen) abhängt und durch oberflächenchemische Reaktionen beeinflußt wird. Unter Berücksichtigung dieser Prozesse gelingt es, spezifische Clusterverteilungen und definierte Clustergrößen in einer SiO₂-Schicht zu generieren.

Mögliche Anwendungen der Halbleiternanocluster werden anhand von zwei Themenfeldern diskutiert. Clusterhaltige Schichten weisen eine intensive Lumineszenz auf, die für CMOS-kompatible optoelektronische Schnittstellen eine interessante neue Lösung bietet. Auf den ladungsspeichernden Eigenschaften von Nanoclustern beruht ein neuartiges Konzept nichtflüchtiger Halbleiterspeicher, das gegenüber Flash-EEPROM’s eine wesentlich höhere Anzahl von Schreib/Lesezyklen ermöglicht.