Materiais semicondutores alternativos ao silício : passivação do germânio e síntese de dissulfeto de molibdênio

Abstract

Nas últimas décadas a indústria da microeletrônica evoluiu rapidamente. Atualmente, novos materiais semicondutores têm sido pesquisados para substituir o Si em dispositivos. No presente trabalho, foram estudados o processamento de dois potenciais materiais semicondutores: o germânio (Ge) e o dissulfeto de molibdênio (MoS2). No primeiro estudo, foi investigada a dopagem do óxido de germânio (GeO2). Estudos anteriores sugerem que a dopagem do GeO2 com metais resulta no aumento da estabilidade térmica desses filmes. Dessa forma, filmes de GeHfxOy foram depositados por sputtering sobre germânio. Para investigar o efeito do Hf nos filmes, técnicas de feixe de íons foram utilizadas. A estabilidade térmica dos filmes foi investigada por espectrometria de retroespalhamento Rutherford (RBS), o transporte e incorporação de oxigênio (O) no filme foram investigados através de análises por reações nucleares. Os resultados mostram que a estabilidade térmica dos filmes de GeO2 é aumentada significativamente pela dopagem com 5% de háfnio (Hf). Porém, do ponto de vista da incorporação de O, o Hf não impede o mesmo. Para evitar a oxidação do substrato de Ge é necessário inserir uma camada passivadora de GeOxNy entre a GeHfxOy e o substrato de Ge. Assim, o uso de ambas as estratégias nos filmes dielétricos sobre Ge, é bastante promissor para aplicações em transistores MOS. Com relação ao MoS2, foi investigada a influência de um promotor de crescimento na obtenção desse material através da Deposição Química de Vapores (CVD). Além disso, foi investigado o efeito da temperatura no crescimento das camadas e o efeito da inserção desse material promotor de crescimento na homogeneidade dos filmes. Dados obtidos por Espectroscopia de fotoelétrons excitados por Raio-X (XPS) mostraram que a formação de MoS2 ocorre a partir de 550 °C. Através da espectroscopia Raman e RBS foi possível observar a quantidade de camadas formadas e a quantidade de material depositado. Evidenciando que quanto maior a temperatura do crescimento, maior o número de camadas obtidas.

In the last decades, the evolution of microelectronics occurred quickly. Currently, new semiconductor materials have been investigated to replace Si in devices. In the present work, processing and synthesis of two potential semiconductor materials were studied: germanium (Ge) and molybdenum disulfide (MoS2). In the first part of this work, germanium oxide (GeO2) doping was investigated. Previous studies evidenced an increased thermal stability of GeO2 films following metal doping. In this way, GeHfxOy films were deposited by sputtering on germanium. Ion beam techniques were used to analyze the properties of the prepared structures. The thermal stability of the films was investigated by Rutherford backscattering spectrometry (RBS), while the transport and incorporation of oxygen (O) in the film were investigated using nuclear reaction analyses. Results show that doping GeO2 with 5% hafnium (Hf) significantly increases the thermal stability of the films. However, from the point of view of the O incorporation, Hf does not present the same efficiency. To mitigate the semiconductor substrate oxidation it is necessary to insert a GeOxNy passivating layer between GeHfxOy and Ge. The combined use of these passivation strategies is a very promising approach to fabricate oxide/semiconductor structures used in metal-oxide-semiconductor (MOS) transistors. Regarding MoS2, the influence of a growth promoter in obtaining this material through chemical vapor deposition (CVD) was investigated. In addition, the effect of temperature on the growth of the layers and the effect of the insertion of this growth promoter on the homogeneity of the films were investigated. Data obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) showed that the formation of MoS2 occurs already at 550 ° C. Raman spectroscopy and RBS were used to determine the number of layers formed and the amount of material deposited. Evidencing that the higher the growth temperature, the greater the number of layers obtained.