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Etude de la reconstruction de la couche de mouillage Ge/Si(001) par diffraction du rayonnement synchrotron X en incidence rasante Tao ZHOU Projet supervisé

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Présentation au sujet: "Etude de la reconstruction de la couche de mouillage Ge/Si(001) par diffraction du rayonnement synchrotron X en incidence rasante Tao ZHOU Projet supervisé"— Transcription de la présentation:

1 Etude de la reconstruction de la couche de mouillage Ge/Si(001) par diffraction du rayonnement synchrotron X en incidence rasante Tao ZHOU Projet supervisé par Gilles Renaud, Christine Revenant, Tobias Schülli et Karim Inal

2 Plan Introduction Problèmatique Objectifs Outils Démarche Résultats Conclusion

3 Introduction Ge/Si –Microélectronique –Optoélectronique Structure de type diamant –a Ge = 1.04 a Si Mode de croissance Stranski Krastanow: (couche de mouillage + îlots) Ge/Si(001) –Modèle fondamental de la croissance hétéroépitaxiale (latome déposé est différent que celui dans le substrat)

4 2~3 MC GeSi pur0,9+ MC Ge Vue suivant [1 -1 0]Vue suivant [1 1 0] Vue suivant [0 0 1] Z Vue suivant Z <0,9 MC Ge1~2 MC Ge Problématique Diamant Surface non-reconstruite Liaisons pendantes Reconstruction (2x1) Reconstruction (2xN) Y Vue suivant Y X Vue suivant X Beaucoup étudié dans les 30 ans passés Surface mieux organisée Quune étude théorique et aucune expérimentale Désordre de surface, etc. La surface tronquée

5 Le but –D–Déplacements X,Z Plan de symétrie –C–Concentration Interdiffusion Site favorable 100% Concentration de Ge Objectifs 0% MC Plan de symétrie A Plan de symétrie B Plan de symétrie A Position initiale de la reconstruction (2x1) Résultat de notre analyse qualitative préliminaire Résultat de la simulation Monte Carlo par Nurminen et al. animation seulement

6 Espace réciproque Outils Espace Réciproque Espace Réel Facteur de diffraction atomique Synchrotron: ESRF Programme danalyse: ROD réel réciproque

7 Modèle –Reconstruction (2xN) –Comparaison Problème complexe –Problématique –Solution Désordre de la surface –Problématique –Idée: Cor=S2/S1 –Importance Démarche La fente Q Q Rec(2x1) : Rec(2x9) : intensefin faiblegros Position initiale T2 > T3 > 10T1 Polynôme de degré 3Décroissance exponentielle = 18 T1:Taille du pic de Si(001) pur (Rec 2x1) = Å -1 T2:Taille du pic de notre problème (Rec 2x9) = Å -1 T3:Taille de la fente = Å -1 la taille de la fente perpendiculaire à la direction de scan Radial ScanRocking Scan nombre de atome / MC déplacement X,Z + concentration nombre de MC Nombre de variable = 2 x 9 x 8 x (2+1) = 432

8 Résultats Comparaison –Dans le plan (X, Y) –Hors du plan (Z) Déplacements –X–X –Z–Z Concentration –Variation Maille élémentaire Site favorable pour Si Facteur théoriqueFacteur expérimental Accord: χ 2 = 2,351,37 1 ère MC 2 ème MC 3 ème MC 5 ème MC Position finale

9 Conclusion L expérience à ID03 Reconstruction (2x9) Interdiffusion jusquà 6 ème MC Problème complexe Approximation polynomiale Désordre de surface Correction dacceptation 2 MC de Ge sur Si (001) à T=670 ° C Déplacement suivant X,Z Moyenne et Variation de la concentration semi-quantitatif Elargissement du pic Trop de variable

10 Conclusion 1 ère détermination expérimentale de la structure atomique de la reconstruction 2MC Ge:Si(001)-(2xN). 1 ère preuve expérimentale de lexistence des sites favorables pour Si au- dessous des DVLs. Le motif pour lapparition de site favorable est la force de contrainte liée à la différence de taille entre les atomes de Ge et de Si. aider comprendre leffet dinterdiffusion dans les structures 3D (fonctionnement de futurs nanosystèmes) Image de STM par B. Voigtländer, Surface Science Reports 43 (2001)

11 Merci pour votre attention! Croissance in situ de Ge sur Si(001),image de STM Lévolution de surface (2 × 1)(2 × N)(M × N)

12 Reconstruction (MxN) Structure 3D –Intérêt de Ge/Si (Self assembled Ge quantum dots on Si and their application, K. L. Wang et al., Journal of Crystal Growth, 2002) Optoélectronique –détecteur de photon (Infrarouge moyen) Refroidissement thermoélectrique –Module Peltier microélectronique –Diode à effet tunnel Information quantique –Calculateur quantique –Fonctionnement de nanosystème Fonctionnement théorique: pas dinterdiffusion Fonctionnement réel: interdiffusion Intérêt HREM image

13 Problème complexe

14 Désordre de surface –Variation de N (6~7 dans ce cas) –APB (Barrière danti-phase) –Non-mouillage (Terrasse) –Différent Inclinaison –Interdiffusion Solution? –Recuire à 1400K –Refroidir à 1K Désordre de surface

15 Cause essentielle

16 Outil Diffraction du rayonnement synchrotron X en incidence rasante Diffractomètre Incidence normale Incidence rasante Haute brillance, plus focalisé, etc. surface Plus sensible à la surface, plus de signal diffracté, etc. ESRF

17 Facteur de correction Déplacement (X) Concentration (Moyenne) Facteur de correction dacceptation pour les deux types de scan Facteur de structure après la correction dacceptation pour les deux types de scan Vérification Diagramme circulaire pour les variations des données Notre résultat: 2MC de Ge, Surface reconstruite (2x9), T=943K Simulation Monte Carlo (Nurminen et al.): 2MC de Ge, Surface reconstruite (2x10), T=11K Total de dépôt = 2MC Total de notre résultat = 1,7 MC Total de simulation 1 = 1,75 MC Total de simulation 2 = 0,92 MC

18 Certitude/incertitude de résultat Influence sur laccord χ 2 Déplacement XDéplacement YDéplacement Z Concentration Moyenne (1 ère MC)Concentration Moyenne (2 ème – 5 ème MC) Variation de concentration Certitude / précision de résultat Plus efficace Moins efficace Qualitative & Quantitative Que qualitative

19 Déplacement Y

20 Effet dinterdiffusion Relaxation de contrainte =Création de DVLs N=8 Calcul Monte Carlo par Numinen et al. 2MC de Ge sur Si (001) Sans interdiffusion Avec interdiffusion Interdiffusion N=12 +

21 Détermination de N Rec (2 × N ) ×N×N ×N×N /N/N Exemple: Réflexion admises initiales: cos(2πh)=1, h=0,1,2… a 1 devient N fois plus grand Exemple: Réflexion admises initiales: cos(2Nπh)=1, h=0,1/N,2/N…

22 Niveau dinterdiffusion 10 MC du substrat affectées 6 MC du substrat affectées (113)(111)

23 Approximation Polynômiale Modification de ROD –Déplacement –Occupation Modèle –X–X –Z–Z –Interdiffusion


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