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Type: TESE
Title: Difração Bragg-Superfície (BSD) de raios X no estudo do efeito do tratamento térmico em Si(111) implantado com íons Cr+
Title Alternative: X ray Bragg-Surface Diffraction in the study of the effect of the heat treatment in Si(111) implanted with Cr+ ions
Author: Freitas, Hugo Eugênio de, 1991-
Advisor: Cardoso, Lisandro Pavie, 1950-
Abstract: Resumo: No presente trabalho estudou-se a diferença entre dois tratamentos térmicos realizados em amostras de Si(111) implantadas com íons Cr+, utilizando-se a difratometria de raios X para policristais e a refletividade de raios X, assim como, curvas de rocking e difração múltipla de raios X usando radiação sincrotron que são aplicadas aos monocristais. O tratamento térmico posterior das amostras resulta numa melhoria da qualidade cristalina, mas leva à formação de trincas e extensos defeitos, devido à grande diferença na expansão térmica entre siliceto e silício pelas altas tensões induzidas. Portanto, há um grande interesse tecnológico na obtenção de camadas contínuas de alta qualidade com um mínimo de distorções induzidas no substrato. Esta é a motivação do presente trabalho: obter camadas finas de CrSi2 de alta qualidade cristalina na subsuperfície de substratos Si(111) e com o mínimo de deformações na matriz hospedeira usando implantação de íons a baixa energia. Serão explorados dois distintos tipos de tratamentos térmicos: o recozimento tradicional a vácuo em forno do tipo mufla (FA - furnace annealing) e o recozimento térmico rápido (RTA - rapid thermal annealing) em atmosfera de argônio. A formação da fase semicondutora hexagonal do CrSi2 foi confirmada por difratometria de raios X nas amostras tratadas termicamente e mostrou uma melhor qualidade cristalina obtida no recozimento FA. O modelo proposto de uma camada superficial de SiO2 fina (8?2) nm sobre uma ou duas camadas de CrSi2 (21?5) nm acima do substrato de Si(111) foi confirmado, a partir das medidas de refletividade de raios X, que também permitiu observar a maior difusão dos íons de Cr+ na amostra tratada com FA por maior tempo. Devido a este tratamento térmico promover, a altas temperaturas, uma maior difusão dos íons implantados, concluiu-se que o tratamento térmico mais propício para a fabricação de semicondutores baseados em CrSi2 é o tratamento por RTA. Varreduras Renninger obtidas da difração múltipla de raios X mostraram que a implantação de Cr+ em Si(111) e posterior recozimento não induz alteração de simetria nas amostras, apenas uma pequena relaxação da distorção tetragonal detectada para a amostra 800º C com tratamento FA. Mapeamentos acoplados dos ângulos de incidência (?) e azimutal (?) para a condição exata de reflexões secundárias Bragg-Superfície (BSD) da difração múltipla não permitiram detectar modificações estruturais de superfície nas amostras analisadas, após os dois tratamentos térmicos a 800º C que foram considerados

Abstract: In this work, the effect of the two heat treatments suffered by Si(111) samples implanted with Cr+ ions has been studied by means of X rays powder diffraction and X rays reflectivity, as well as, the single crystal techniques rocking curves and synchrotron X rays multiple diffraction. The heat treatment of the samples subsequent to the implantation results in an improved crystal quality, but leads to cracks formation and extensive damage due to the large difference between the thermal expansion coefficients of silicide and silicon induced by the applied high voltages. Therefore, there is a great technological interest in obtaining high quality continuous layers with a minimum induced distortion into the substrate. This is the motivation of the present work: to obtain CrSi2 thin layers of high crystalline quality in the subsurface of Si(111) substrates with minimal deformations in the host matrix using low energy ion implantation. Two distinct thermal treatments are analyzed: traditional annealing in vacuum oven muffle type (FA - furnace annealing) and rapid thermal annealing (RTA - rapid thermal annealing) in argon atmosphere. The formation of the semiconductor CrSi2 hexagonal phase was confirmed by X ray powder diffraction in the annealed samples that has also shown an improved crystalline quality observed in FA annealing process. The proposed model of a thin (8?2) nm SiO2 surface layer on top of one or two (21?5) nm thick CrSi2 layers above the Si(111) substrate was confirmed from the X ray reflectivity measurements, that has also allowed to observe further diffusion of Cr + ions into the sample implanted and FA annealed for a longer time. Since this heat treatment promotes, at high temperatures, a greater diffusion of the implanted ions, it was found that RTA is the most suitable treatment for the fabrication of semiconductor-based CrSi2. Renninger scans of the X ray Multiple Diffraction have shown that the Cr+ ions implantation in Si(111) process with a subsequent annealing does not induce symmetry change in the samples, just a small relaxation of the tetragonal distortion detected for the 800 ºC sample after FA treatment. Mappings of the incidence (?) and azimuthal (?) coupled angles monitoring the exact multiple diffraction condition for the Bragg-Surface Diffraction (BSD) secondary reflections were not able to detect structural changes along the analyzed samples surfaces, after the two distinct annealed processes considered at 800º C
Subject: Difração Bragg-Superfície
Raios X - Difração
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2016
Appears in Collections:IFGW - Dissertação e Tese

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