O silício amorfo hidrogenado depositado por ECR-CVD para a definição de nanofios semicondutores : Hydrogenated amorphous silicon deposited by ECR-CVD for the definition of semiconductors nanowires

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rosa, Andressa Macedo, 1988-
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1632833
Resumo: Orientador: José Alexandre Diniz
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spelling O silício amorfo hidrogenado depositado por ECR-CVD para a definição de nanofios semicondutores : Hydrogenated amorphous silicon deposited by ECR-CVD for the definition of semiconductors nanowiresHydrogenated amorphous silicon deposited by ECR-CVD for the definition of semiconductors nanowiresNanofios semicondutoresSilícioLitografiaFeixes de íons focalizadosSemiconductors nanowiresSiliconLithographFocused ion beamsOrientador: José Alexandre DinizTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Os nanofios semicondutores são primordiais para a obtenção dos atuais e futuros dispositivos ele-trônicos (transistores) e circuitos integrados (microprocessadores), que exigem tecnologias com dimensões menores que 50 nm e 10 nm, respectivamente. Nesse contexto, esse trabalho desenvol-veu métodos alternativos para a definição de nanofios semicondutores (silício e arseneto de gálio (III-V)), tendo como base filmes de silício amorfo hidrogenado (Si-a:H) depositado por ECR-CVD (Electron Cyclotron Resonance (ECR) - Chemical Vapor Deposition (CVD)), em tempera-tura ambiente. Assim, foram obtidos: (i) Filmes de Si-a:H depositado por ECR-CVD, em temperatura ambiente, com espessu-ras de 60 e 150 nm; (ii) Nanofios de silício (Silicon Nanowires ¿ SiNWs), que são estruturas tridimensionais (3D) com dimensões críticas menores que 150 nm, sobre substratos de Si e SOI (Sili-con On Insulator) utilizando as técnicas sequenciais de fotolitografia (Photolithogra-phy ¿ PL) e de litografia por espaçador (Spacer Lithography ¿ SL ou Self Aligned Double Pattern - SADP) de filme de Si-a:H. Assim, foram obtidos SiNWs com largu-ras entre 16 nm e 143 nm, com diferentes tipos de camada sacrificial (alumínio (Al), ni-treto de silício (SiNx) e fotorresiste), e foram fabricados dispositivos MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) 3D, capacitores e transistores JNTs (Junctionless Nanowire Transistors), que indicaram o bom funcionamento dos SiNWs como canal de condu-ção de corrente elétrica; (iii) SiNWs utilizando as etapas sequenciais de litografias PL, de milling (remoção de ma-terial) com feixe de íons focalizados de gálio (Ga+) (Gallium Focused Ion Beam ¿ FIB Milling (FIB_M)) e de SL (espaçador de filme de Si-a:H). Dessa forma, foram obtidos SiNWs de 35 nm de largura e espaçamento de 170 nm, dimensões estas que podem ser usadas em nós tecnológicos entre 45 e 65 nm; (iv) SiNWs-n+ e III-VNWs-n+ (Nanofios de semicondutores III-V ¿ em inglês, III-V Na-nowires) utilizando a técnica de litografia por feixe de íons focalizados de gálio (Ga+) (Gallium Focused Ion Beam ¿ FIB Lithography (FIB_L)), tendo como máscara o filme de Si-a:H, sobre substratos de Si e de semicondutor III-V. Assim, foram obtidos SiNWs-n+, com larguras entre 245 e 365 nm, e espaçamentos entre 155 nm e 250 nm. Com esses SiNWs-n+, usados como canal de condução de corrente elétrica entre fonte e dreno, foram fabricados transistores pseudo-MOS. Os resultados elétricos indicam que esses nanofios estão funcionando corretamente, pois os transistores apresentam as regiões tríodo e de saturação sendo características de transistores MOS. Além disso, com o processo de FIB_L, foi possível obter III-VNWs-n+ com larguras de 75 nm e 115 nm e espaçamentos entre 350 e 370 nm, respectivamente, que serão usados na fa-bricação de transistores JNTs baseados em semicondutores III-V. Por fim, salienta-se que: (i) o filme de Si-a:H depositado por ECR-CVD, em temperatura ambien-te, utilizado como espaçador para a tecnologia SL (método barato e alternativo na definição dos nanofios), usando diferentes camadas sacrificiais (Al, SiNx e fotorresiste(FR)), e como camada protetora (máscara) nas técnicas FIB_M e FIB_L, são inovações dessa tese, para a obtenção de nanofios semicondutores, pois não foram encontrados trabalhos similares na literatura; (ii) esse trabalho consegue mostrar que os nossos processos são viáveis para a prototipagem de atuais dis-positivos 3D. Portanto, trata-se de um importante resultado, para o desenvolvimento da nanotec-nologia baseada em SiNWs no BrasilAbstract: Semiconductors nanowires are essential for obtaining present and future electronic devices (tran-sistors) and integrated circuits (microprocessors), which require technologies with dimensions smaller than 50 nm and 10 nm, respectively. In this context, this work developed alternative meth-ods for the definition of semiconductors nanowires (silicon and gallium arsenide (III-V)) based on hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) films deposited by ECR-CVD (Electron Cyclotron Reso-nance (ECR) - Chemical Vapor Deposition (CVD) at room temperature. Thus, the obtained results were: (i) a-Si:H films deposited by ECR-CVD, at room temperature, with thicknesses values of 60 and 150 nm; (ii) Silicon nanowires (SiNWs), which are three-dimensional (3D) structures with critical dimensions smaller than 150 nm, on Si and SOI (Silicon On Insulator) substrates were obtained using Photolithography (PL) and Spacer Lithography (SL or Self Aligned Double Pattern - SADP) of a-Si:H film. Like this, SiNWs were obtained with widths be-tween 16 nm and 143 nm, with different types of sacrificial layers (Al, SiNx and photo-resist), and MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) 3D devices were fabricated, capacitors and JNTs (Junctionless Nanowire Transistors) transistors, which indicated the good operation of the SiNWs as electrical current conduction channel; (iii) SiNWs were obtained using the sequential steps of PL, milling with Gallium Focused Ion Beam (FIB Milling - FIB_M) and SL (a-Si-:H films as spacer). In this way, SiNWs were obtained with values of width and spacing of 35 nm and 170 nm respectively. These dimensions can be used in technological nodes between 45 and 65 nm; (iv) SiNWs-n+ and III-VNWs-n+ (III-V Nanowires) were obtained using the Gallium Fo-cused Ion Beam Lithography (FIB Lithography - FIB_L) technique, with mask of the a-Si:H film mask, on Si and III-V semiconductor substrates. Thus, SiNWs-n+ were fabri-cated with widths between 245 and 365 nm, and spacings between 155 nm and 250 nm. With these SiNWs-n+, which were used as the channel of electrical current conduc-tion between source and drain, pseudo-MOS transistors were fabricated the extracted. Electrical results indicate that these nanowires are working correctly. In addition, with the FIB_L process, it was possible to obtain III-VNWs-n+ with widths of 75 nm and 115 nm and spacings of 350 and 370 nm, respectively. These III-VNWs-n+ will be used in the fabrication of JNTs transistors. Finally, it is important to mention that: (i) the a-Si:H film deposited by ECR-CVD, at room tem-perature, used as a spacer for SL technology (alternative and cheaper method for the nanowires definition), using different sacrificial layers (Al, SiNx and photoresist), and as protective layer (mask) in the FIB_M and FIB_L techniques, are innovations of this thesis, to obtain semiconduc-tors nanowires, because similar works were not found in literature; (ii) this work suggests that our processes are feasible for a prototyping of novel 3D devices. Therefore, there are important result in this thesis for the development of nanoelectronics in BrazilDoutoradoEletrônica, Microeletrônica e OptoeletrônicaDoutora em Engenharia ElétricaCAPESCNPQFAPESP[s.n.]Diniz, José Alexandre, 1964-Seabra, Antonio CarlosTeixeira, Ricardo CotrinMoshakalev, StanislavManêra, Leandro TiagoUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASRosa, Andressa Macedo, 1988-20172017-12-15T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (177 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1632833ROSA, Andressa Macedo. O silício amorfo hidrogenado depositado por ECR-CVD para a definição de nanofios semicondutores: Hydrogenated amorphous silicon deposited by ECR-CVD for the definition of semiconductors nanowires. 2017. 1 recurso online (177 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1632833. 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