Khảo sát mật độ nguyên tử bề mặt của lớp oxi tự nhiên trên bề mặt mẫu GaAs sau khi cấy ion Xe+

Bài viết Khảo sát mật độ nguyên tử bề mặt của lớp oxi tự nhiên trên bề mặt mẫu GaAs sau khi cấy ion Xe+ trình bày xác định mật độ nguyên tử bề mặt (surface atomic density) của ô xi tự nhiên trên bề mặt mẫu GaAs.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Khảo sát mật độ nguyên tử bề mặt của lớp oxi tự nhiên trên bề mặt mẫu GaAs sau khi cấy ion Xe+Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học và Công nghệ hạt nhân toàn quốc lần thứ 14Proceedings of Vietnam conference on nuclear science and technology VINANST-14 KHẢO SÁT MẬT ĐỘ NGUYÊN TỬ BỀ MẶT CỦA LỚP OXI TỰ NHIÊN TRÊN BỀ MẶT MẪU GaAs SAU KHI CẤY ION Xe+ INVESTIGATION OF THE SURFACE ATOMIC DENSITY OF NATIVE OXIDE LAYER ON THE SURFACE GAAS AFTER IMPLANTATION OF XE+ ION P.L. TUAN 1,2, *), T.V. PHUC2,3,4), L.H KHIEM3,4), M. KULIK2,5), N.T.B MY2,6), P.M DUC1). 1) Trung tâm chiếu xạ Hà Nội, Viện năng lượng nguyên tử Việt Nam, Hà Nội, Việt Nam. 2) Viện liên hiệp nghiên cứu hạt nhân, Dubna, Liên bang Nga. 3) Viện Vật lý, Viện hàn lâm và khoa học Việt Nam, Hà Nội, Việt Nam. 4) Học viện khoa học và công nghệ, Viện hàn lâm và khoa học Việt Nam, Hà Nội, Việt Nam. 5) Viện Vật lý, Đại học Maria Curie-Skłodowska, Lublin, Ba Lan. 6) Viện khoa học và kỹ thuật hạt nhân, Viện năng lượng nguyên tử Việt Nam, Hà Nội, Việt Nam. *) Tác giả chính: phanluongtuan@gmail.comTóm tắt: Bề mặt mẫu GaAs được cấy ion Xe + có năng lượng 250 keV với các liều lượng khác nhau. Sự thay đổi của lớpoxi tự nhiên được hình thành trên bề mặt mẫu nguyên thủy và mẫu sau quá trình cấy được khảo sát. Mật độ nguyên tử bềmặt của của lớp oxi được xác định bằng phương pháp tán xạ ngược Rutherford với phản ứng hạt nhân (RBS/NR). Kết quảcho thấy sự tương quan tuyến tính giữa mật độ nguyên tử bề mặt của lớp ô xi và liều lượng cấy ion trong khoảng 2 x 1013ion.cm-2 đến 8 x 1014 ion.cm-2.Từ khóa: GaAs, RBS/NR, cấy ion.Abstract: The surface of the GaAs sample was implanted with Xe + ions with an energy of 250 keV with different dosages.The surface atomic density of the oxygen layer was determined by Rutherford backscattering spectroscopy with nuclearreaction (RBS/NR). The results show a linear correlation between the surface atomic density of the oxygen layer and theion implantation dose in the range of 2 x 10 13 ion.cm-2 to 8 x 1014 ion.cm-2.Keyword: GaAs, RBS/NR, ion implantation.MỞ ĐẦU Cấy ion (ion implantation) là một phương pháp phổ biến để đưa các tạp chất vào trong vật liệu. Các tạpchất này được sử dụng để thay đổi các tính chất của vật liệu []. Cấy ion cũng là một trong những phươngpháp chính trong việc sản xuất transitor hiệu ứng trường với vật liệu GaAs. Tuy nhiên cấy ion có một sốnhược điểm trong đó nhược điểm lớn nhất là nó gây ra sự phá hủy cấu trúc tinh thể bên trong vật liệu đượccấy. Bề mặt của các vật liệu bán dẫn luôn được bao phủ bởi một lớp ô xi tự nhiên. Các lớp ô xi tự nhiênnày dẫn đến những hiện ứng điện tử nhất định trên bề mặt của vật liệu và gây ảnh hưởng đến hiệu suất vàđộ tin cậy của linh kiện, thiết bị. Vật liệu bán dẫn GaAs cũng không tránh khỏi điều này. Đã có nhiều các nghiên cứu tìm hiểu về vấn đề này như Bluhm và các đồng nghiệp đã nghiên cứu vềđộ dày và thành phần của lớp ô xi tự nhiên trên bề mặt vật liệu []. Kulik và các đồng nghiệp đã mô tả về sựhình thành của InAs, In2O3 và InAsO4 khi các mẫu GaAs được cấy ion In, đồng thời họ cũng đã mô tả vềthành phần của In tăng trong khi thành phần As giảm ở bề mặt của mẫu . Nghiên cứu này sẽ phân tích thành phần của lớp ô xi tự nhiên hình thành trên bề mặt mẫu. Mẫu GaAsđược cấy ion Xe+ có năng lượng 250 keV và với các liều lượng ion (ion fluence) khác nhau từ 3 x 10 12 cm-2đến 3 x 1016 cm-2. Sau đó tiến hành phơi các mẫu GaAs trước và sau khi cấy ion Xe + để quá trình ô xi hóaxảy ra trên bề mặt mẫu trong môi trường thông thường. Mục tiêu của nghiên cứu là xác định mật độnguyên tử bề mặt (surface atomic density) của ô xi tự nhiên trên bề mặt mẫu GaAs.THÍ NGHIỆM Các mẫu GaAs với kích thước 10 x 10 x 1 mm được sử dụng để tiến hành thí nghiệm. Đầu tiên bềmặt của các mẫu được làm sạch hóa học bằng quá trình đánh bóng Bromine Methanol (BrM). Sau quá trìnhnày một mẫu GaAs được giữ lại làm mẫu nguyên thủy, các mẫu còn lại được tiến hành cấy ion Xe + có nănglượng 250 keV. Ion đươc cấy với các liều lượng khác nhau từ 3 x 1012 ion.cm-2 đến 3 x 1016 ion.cm-2. 114Tiểu ban B: Vật lý hạt nhân, Số liệu hạt nhân, Phân tích hạt nhân và Máy gia tốcSection B: Nuclear physics, Nuclear data, Nuclear analysis and Accelerator Quá trình cấy ion này được thực hiện bởi thiết bị cấy ion UNIMAS tại đại học Maria Curie-Sklodowska, Ba Lan. Sau khi cấy ion các mẫu được phơi trong môi trường tự nhiên với điều kiện bìnhthường. Quá trình phơi ít nhất là 5 giờ. Độ phân bố của ion Xe+ trong mẫu được 5 tính toán mô phỏng bằng phần mềm SRIM/TRIM 6   1013 1015 cm-2 ...