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Spannungsrelaxation durch Belastung im Si-SiO2-System. Einfluss von Spannung auf die Oberflächeneigenschaften sowie Möglichkeiten ihrer Verminderung

Projektlaufzeit 

15.01.2017-15.12.2017

Im Projekt einbezogene Länder                           und Institutionen

1. Lettland. Technische Universität Riga;

2. Deutschland. Forschunsgzentrum Julich. Peter   Grüberg Institute;

3. Frankreich. Centre De Physique Molequlaire Optique Et Hertzienne. CNRS-Universite Bordeaux

Ziel(e) des Projekts 

Man weiß, dass es im Si-SiO2-System beim Entstehungsprozess aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungs- koeffizienten von Folien, Substraten und Gitterversatz innere mechanische Spannungen (IMS) entstehen, und das die Generierung und Umverteilung von Punktdefekten (PD) dazu verwendet werden kann.

Das Projekt zielte darauf ab, unter Verwendung von EPR, Rasterelektronenmikroskopie  und Deflektionsmessungsproben den Spannungs-relaxationsmechanismus im Si-SiO2-System zu untersuchen. PD-Dichte und Spannungen im Si-SiO2-System wurden durch die Oxidationsbedingungen (Temperatur, Zeit, Kühlrate, Umgebung), Probendeflektion je nach Oxidationsbedingung (Temperatur), im gleichen Maß wie die PD-Dichte zu- oder abnimmt untersucht. Bei niedrigerer Temperatur (1100 ºC) nimmt die Deflektion der Probe im gleichen Maß wie die EPR-Signalintensität (von Vakanzen) ab, während EPR-Signal und Deflektion bei einer höheren Oxidationstemperatur (1200ºC) im gleichen Maße zunehmen. Man kann somit vermuten, dass bei einer niedrigeren Oxidationstemperatur der PD die Zugspannung im SI abnimmt, während bei einer höheren Oxidationstemperatur eine komprimierende IMS-Entstehung und Generierung von PD in SiO2 dominieren.

Bei einer mittleren Oxidationstemperatur sind die Zugspannungen im SI und die Druckspannungen im SiO2 nahezu gleich groß und heben sich auf. Es wurde herausgefunden, dass bei einer Oxidationstemperatur von 1130 ºC die IMS auf der-Oberfläche niedriger sind. Modulationseffekte hervorgerufen durch einzelnen Capture-Ereignissen in Silizium-Nanodraht -Feldeffekttransistoren ermöglichen eine effektive Veränderung der Kanalleitfähigkeit. Entgegen der generellen Meinung, das Trapping -Detrapping Prozesse in Nanostrukturen als destabilisierenden Faktoren wirken, konnte gezeigt werden, dass diese Prozesse eine positive Rolle bei der Registrierung und Umwandlung von Nutzsignalen spielen können. Dafür wurde die Kinetik der Stromfluktuationen ausgewertet, die durch Einzeltrappprozesse in flüssigkeitsgesteuerten Nanodraht-Feldeffekttransistoren hervorgerufen werden. Auf diese Weise wurde ein neuartiger, hochempfindlicher Ansatz empfohlen, um das Gate-Oberflächenpotenzial zu überwachen, der eine Zunahme der Si NW FET -Empfindlichkeit ermöglicht. Die Effizienz der vorgeschlagenen Biosensorik-Verfahren kann ferner durch ein spezielles Design/Modifizierung der NW-FET-Strukturen verbessert werden.
 Es wurde gezeigt, dass Spannungsrelaxationsmechanismen von der Oxidationsbedingung abhängen: Temperatur, Abkühlgeschwindigkeit, Oxiddicke. In dem Si-SiO2-Si3N4-System ist die Spannungsrelaxation aufgrund des entgegengesetzten Vorzeichens des thermischen Ausdehnungskoeffizienten von SiO2 und Si3N4 auf der Si-Schicht stark. Laserbestrahlung ermöglicht es, die Systemspannung zu verändern und die Strukturstabilität und Zuverlässigkeit zu verbessern.

Zielgruppe des Projektes 

Direkt: Die Personen, die Vorträge in Seminaren und Konferenzen zu dem Projekt halten und an der Veröffentlichung teilhaben.

Personen: Prof. Dr.habil.Phys. Arturs Medvids; Prof. Dr.rer.nat. Svetlana Vitusevich; Dr.phys. Daniel Kropman; Dr. phys. Pavels Onufrijevs; Dr. habil Janis Kliava

Indirekt Beteiligte: Nutzer der Publikationen und Teilnehmer der Seminare und Konferenzen. 17 RTU, 15 Forschungszentrum Jülich

Hauptaktivitäten des Projekts und den/die Veranstaltungsort(e) an dem/denen die Aktivitäten im Rahmen des Projekts durchgeführt werden

 

9.11.2017

Vortrag „Si-Nanodraht-Feldeffekttransistoren: Neue Fortschritte und Möglichkeiten in Biosensor-Anwendungen” von Prof. Dr. Svetlana Vitusevich in der Technischen Universität Riga, 3/7 Paula Valdena Str.LV-1048, Riga, Latvia.

19.05.2017
Wissenschaftliches Seminar „Lasertechnik und Biosensoren” 
Forschungszentrum Jülich, Peter Grünberg Institut, Deutschland.

Stattgefundene öffentliche Veranstaltungen

  1. Mai

Forschungszentrum Jülich, Peter Grünberg Institut, Deutschland

Wissenschaftliches Seminar „Lasertechnik und Biosensoren”

 

  1. November, 16:15 Uhr

Technische Universität Riga, Fakultät für Materialwissenschaften und Angewandte Chemie, Raum 219, Paula Valdena iela 3/7, Riga

Vortrag „Si-Nanodraht-Feldeffekttransistoren: Neue Fortschritte und Möglichkeiten in Biosensor-Anwendungen” von Prof. Dr. Svetlana Vitusevich

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