Kristallstrukturerhaltendes Elektronenstrahlätzen für funktionale Ge-Nanobauelemente ***Motivation und Hintergründe: Neue Materialien wie Ge-Nanodrähte (Ge-NWs) oder Ge-on-insulator (GOI) ermöglichen innovative Devices wie z.B. NW-Transistoren mit kleiner Subthreshold-Leakage oder GOI-Transistoren mit kurzen Schaltzeiten. Die Kanal-Abmessungen sind hierbei ein wichtiger Faktor für die elektrischen Eigenschaften. Eine Feinabstimmung dieser kritischen Abmessungen bildet daher die Grundlage für hochoptimierte Ge-basierte Devices. Für diese Anwendung ist das Ätzen mit dem fokussierten Elektronenstrahl (FEBIE) die Methode der Wahl, da hier, im Gegensatz zur Bearbeitung mit einem fokussierten Ionenstrahl (FIB), weder Amorphisierungseffekte noch Gallium-Verunreinigungen im prozessierten Bereich auftreten. Ein neuartiger, chlorbasierter FEBIE-Prozess für Si sowie für Ge wurde kürzlich von unserer Gruppe entwickelt. Im Gegensatz zum etablierten Ätzgas XeF2 zeichnet sich dieser Ansatz durch eine exzellente Prozesskontrolle aus, da hier kein spontaner Ätzangriff auftritt. ***Ziele Das Projekt verbindet die Bereiche (i) der Ätzprozessentwicklung und (ii) der Ge-Device Entwicklung. (i) ¿Entwicklung eines Cl2-basierten Ätzprozesses für Ge¿ hat das Ziel die zugrunde liegenden Mechnismen (Adsorption, Diffusion und Desorption) des strahlunterstützen Ätzens zu untersuchen. Prozessoptimerung wird in höheren Ätzraten, glatten Ätzoberflächen resultieren, sowie in einer Applikation für 3D-Modifikation von Ge-NW Strukturen. Der Ätzprozess wird eine zerstörungsfreie Entfernung von FIB-amorphisierten Schichten ermöglichen und gleichzeitig die volle Kristallinität der Ge-Devices sichern. (ii) ¿Ge-Device-Entwicklung und Charakterisierung¿ wird den entwickelten Ge-FEBIE Prozess auf das Struturieren und Fein-Tuning von Nano-Devices anwenden. Das Ziel ist die Herstellung und elektr. Charakterisierung von gated Ge-NW Devices sowie eines GOI-MOSFETs. Zusätzlich werden in-situ Messungen während der FEBIE-Prozessierung und Tieftemperatur-Messungen bis 4 K durchgeführt. ***Methoden Mittels eines Cl¬2-basierten Ätzgas-Mixes kann eine hochauflösende Bearbeitung von Ge-Nanostrukturen nur in den vom Elektronenstrahl prozessierten Bereichen durchgeführt werden. Diese masken- und lacklose Methode erhält die Kristallstruktur ohne spontane Ätzeffekte. Die Projektaktivitäten spalten sich in zwei parallel durchgeführte ¿Activity Lines¿ auf, welche jeweils von einem Dissertanden bearbeitet werden: (1) Ätzen von Ge-Nanodevices mit einem fokussierten Elektronenstrahl mit Chlor als Ätzgas: Das Ätzen von Bulk-Ge, Ge-NWs und GOI wird in einem REM ¿LEO 1530¿ mit Chlorgas-Injektionssystem durchgeführt. Vertikales und laterales Dünnen von Ge-NW und MOSFET-Kanälen. (2) Analyse und elektr. Charakterisierung der Ge-Nanodevices: Prozessierte Bereiche werden mit TEM untersucht. Die elektrischen Eigenschaften von Ge-FETs werden mit Hilfe von C-V sowie I-V-Messungen charakterisiert sowie in-situ-Messungen während des Ätzprozesses durchgeführt. Analysen mittels AFM, AES und SIMS komplettieren die Charakterisierung. ***Relevanz Zum ersten Mal wird ein Fein-Tuning von Device-Eigenschaften (aus Ge-NW, GOI) durchgeführt werden, sowie die zerstörungsfreie Entfernung von amorphisierten Oberflächen auf Cross-Section-TEM-Proben. In Verbindung mit den gewonnenen Erkenntnissen in der Oberflächenphysik adsorbierter Ätzmoleküle und ihrer Interaktion mit Elektronen unterstützt durch elektr. in-situ-Messungen während der Berarbeitung wird dieses Projekt neue Einblicke bieten welche für Wissenschaft und Industrie von Bedeutung sein werden.
