Científicos del Instituto de Tecnología de Tokio y su equipo, que incluye investigadores de JASRI, Universidad de Osaka, El Instituto de Tecnología de Nagoya y el Instituto de Ciencia y Tecnología de Nara acaban de desarrollar un enfoque novedoso para determinar y visualizar la estructura tridimensional (3-D) de los átomos dopantes individuales utilizando SPring-8. La técnica mejorará la comprensión actual de las estructuras atómicas de los dopantes en semiconductores correlacionados con su actividad eléctrica y, por lo tanto, respaldará el desarrollo de nuevos procesos de fabricación para dispositivos de alto rendimiento.

Usando una combinación de holografía espectro-fotoelectrónica, mediciones de propiedades eléctricas y simulaciones de dinámica de primeros principios, Se revelaron con éxito las estructuras atómicas tridimensionales de las impurezas dopantes en un cristal semiconductor. Hace tiempo que se sentía la necesidad de comprender mejor las estructuras atómicas de los dopantes en los semiconductores, principalmente porque las limitaciones actuales sobre las concentraciones de dopantes activos resultan de la desactivación del exceso de átomos de dopantes por la formación de varios tipos de agrupaciones y otras estructuras defectuosas.

La búsqueda de técnicas para activar eléctricamente las impurezas dopantes en semiconductores con alta eficiencia y / o en altas concentraciones ha sido siempre un aspecto esencial de la tecnología de dispositivos semiconductores. Sin embargo, a pesar de los continuos desarrollos, la concentración máxima alcanzable de dopantes activos sigue siendo limitada. Estas importantes estructuras se habían investigado previamente utilizando enfoques tanto teóricos como experimentales. Sin embargo, Hasta ahora, la observación directa de las estructuras tridimensionales de las disposiciones atómicas dopantes ha sido difícil de lograr.

En este estudio, Kazuo Tsutsui de Tokyo Tech y sus colegas desarrollaron holografía espectro-fotoelectrónica utilizando SPring-8, y aprovechó las capacidades de la holografía de fotoelectrones para determinar las concentraciones de dopantes en diferentes sitios, basado en las intensidades máximas del espectro de fotoelectrones, y sitios atómicos clasificados eléctricamente activos / inactivos. Estas estructuras están directamente relacionadas con la densidad de portadores. En este enfoque, La excitación de rayos X suave de los electrones del nivel del núcleo conduce a la emisión de fotoelectrones de varios átomos, cuyas ondas son luego dispersadas por los átomos circundantes. El patrón de interferencia resultante crea el holograma de fotoelectrones, que luego se puede capturar con un analizador de electrones. Los espectros de fotoelectrones adquiridos de esta manera contienen información de más de un sitio atómico. Por lo tanto, El ajuste de picos se realiza para obtener el holograma de fotoelectrones de sitios atómicos individuales. La combinación de esta técnica con simulaciones de primeros principios permite la estimación exitosa de la estructura 3-D de los átomos dopantes, y la evaluación de sus diferentes estados de enlace químico. El método se utilizó para estimar las estructuras tridimensionales de los átomos de arsénico dopados sobre una superficie de silicio. Los resultados obtenidos demostraron plenamente el poder del método propuesto y permitieron la confirmación de varios resultados anteriores.

Este trabajo demuestra el potencial de la holografía espectro-fotoelectrónica para el análisis de impurezas en semiconductores. Esta técnica permite análisis que son difíciles de realizar con enfoques convencionales y, por lo tanto, deberían ser útiles en el desarrollo de técnicas de dopaje mejoradas y, por último, en el apoyo a la fabricación de dispositivos de alto rendimiento.