X-Git-Url: https://hackdaworld.org/gitweb/?a=blobdiff_plain;f=posic%2Ftalks%2Fseminar_2008.tex;h=d5ea0eef3abc16fb35536817967f84a889f0dccb;hb=c8a3c64bf0fd14249677ee9b266ff6a19dbd6c7c;hp=43912fb6fe3afa7648c24b3f7f9dd1337f4d875e;hpb=469ebfe33bad746b0312d93cd974c765e7ddf6ee;p=lectures%2Flatex.git diff --git a/posic/talks/seminar_2008.tex b/posic/talks/seminar_2008.tex index 43912fb..d5ea0ee 100644 --- a/posic/talks/seminar_2008.tex +++ b/posic/talks/seminar_2008.tex @@ -97,7 +97,7 @@ \vspace{08pt} - 13. November 2008 + 20. November 2008 \end{center} \end{slide} @@ -142,6 +142,7 @@ \item hohe mechanische Stabilit"at \item gute Ladungstr"agermobilit"at \item sp"ate S"attigung der Elektronen-Driftgeschwindigkeit + \item hohe Durchbruchfeldst"arke \item chemisch inerte Substanz \item hohe thermische Leitf"ahigkeit und Stabilit"at \item geringer Neutroneneinfangquerschnitt @@ -151,7 +152,7 @@ Anwendungen: \begin{itemize} - \item Hochfrequenz-, Hochtemperatur und Hochleistungsbauelemente + \item Hochfrequenz-, Hochtemperatur- und Hochleistungsbauelemente \item Optoelektronik (blaue LEDs), Sensoren \item Kandidat f"ur Tr"ager und W"ande in Fusionsreaktoren \item Luft- und Raumfahrtindustrie, Milit"ar @@ -160,11 +161,11 @@ } - \begin{picture}(0,0)(-278,-150) + \begin{picture}(0,0)(-280,-150) %\includegraphics[width=4cm]{sic_inverter_ise.eps} \end{picture} - \begin{picture}(0,0)(-278,-20) + \begin{picture}(0,0)(-280,-20) %\includegraphics[width=4cm]{cc_sic_brake_dlr.eps} \end{picture} @@ -175,31 +176,88 @@ {\large\bf Motivation } + + \vspace{4pt} + + SiC - \emph{Born from the stars, perfected on earth.} + + \vspace{4pt} + + Herstellung d"unner SiC-Filme: + \begin{itemize} + \item modifizierter Lely-Prozess + \begin{itemize} + \item Impfkristall mit $T=2200 \, ^{\circ} \text{C}$ + \item umgeben von polykristallinen SiC mit + $T=2400 \, ^{\circ} \text{C}$ + \end{itemize} + \item CVD Homoepitaxie + \begin{itemize} + \item 'step controlled epitaxy' auf 6H-SiC-Substrat + \item C$_3$H$_8$/SiH$_4$/H$_2$ bei $1500 \, ^{\circ} \text{C}$ + \item Winkel $\rightarrow$ 3C/6H/4H-SiC + \item hohe Qualit"at aber limitiert durch\\ + Substratgr"o"se + \end{itemize} + \item CVD/MBE Heteroepitaxie von 3C-SiC auf Si + \begin{itemize} + \item 2 Schritte: Karbonisierung und Wachstum + \item $T=650-1050 \, ^{\circ} \text{C}$ + \item Qualit"at/Gr"o"se noch nicht ausreichend + \end{itemize} + \end{itemize} + + \begin{picture}(0,0)(-245,-50) + \includegraphics[width=5cm]{6h-sic_3c-sic.eps} + \end{picture} + \begin{picture}(0,0)(-240,-35) + \begin{minipage}{5cm} + {\scriptsize + NASA: 6H-SiC LED und 3C-SiC LED\\[-6pt] + nebeneinander auf 6H-SiC-Substrat + } + \end{minipage} + \end{picture} + +\end{slide} + +\begin{slide} + + {\large\bf + Motivation + } + + \vspace{8pt} 3C-SiC (\foreignlanguage{greek}{b}-SiC) / 6H-SiC (\foreignlanguage{greek}{a}-SiC) \begin{itemize} \item h"ohere Ladungstr"agerbeweglichkeit in \foreignlanguage{greek}{b}-SiC - \item Micropipes (Offene Kerne von Schraubenversetzungen) in c-Richtung + \item h"ohere Durchbruchfeldst"arke in \foreignlanguage{greek}{b}-SiC + \item Micropipes (makroskopischer Bereich an Fehlstellen bis hin zur + Oberfl"ache) entlang c-Richtung bei \foreignlanguage{greek}{a}-SiC - \item Herstellung gro"sfl"achiger einkristalliner 3C-SiC Filme - im Anfangsstudium + \item gro"sfl"achige epitaktische \foreignlanguage{greek}{a}-SiC-Herstellung + sehr viel weiter fortgeschritten verglichen mit der von 3C-SiC \end{itemize} + \vspace{16pt} + + {\color{blue} \begin{center} - {\color{red} - Einsicht in den Mechanismus des 3C-SiC-Ausscheidungsvorganges\\ - } - $\Rightarrow$\\ - signifikanter technologischen Fortschritt in 3C-SiC D"unnschichtherstellung + Genaues Verst"andnis des 3C-SiC-Ausscheidungsvorganges\\ + $\Downarrow$\\ + Grundlage f"ur technologischen Fortschritt in 3C-SiC-D"unnschichtherstellung \end{center} + } - \vspace{12pt} + \vspace{16pt} - Vermeidung von SiC-Ausscheidungen + Grundlage zur Vermeidung von SiC-Ausscheidungen in + $\text{Si}_{\text{1-y}}\text{C}_{\text{y}}$ Legierungen \begin{itemize} - \item Ma"sschneidern der Bandl"ucke + \item Ma"sschneidern der elektronischen Eigenschaften von Si \item gestreckte Heterostrukturen \end{itemize} @@ -208,27 +266,79 @@ \begin{slide} {\large\bf - Crystalline silicon and cubic silicon carbide + Motivation + } + + Die Alternative: Ionenstrahlsynthese + + {\small + + \begin{itemize} + \item Implantation 1: + 180 keV C$^+\rightarrow$ FZ-Si(100), + $D=7.9 \times 10^{17}$ cm$^{-2}$, + $T_{\text{i}}=500 \, ^{\circ} \text{C}$\\ + epitaktisch orientierte 3C-SiC Ausscheidungen + in kastenf"ormigen Bereich,\\ + eingeschlossen in a-Si:C + \item Implantation 2: + 180 keV C$^+\rightarrow$ FZ-Si(100), + $D=0.6 \times 10^{17}$ cm$^{-2}$, + $T_{\text{i}}=250 \, ^{\circ} \text{C}$\\ + Zerst"orung einzelner SiC Ausscheidungen + in gr"o"ser werdenden amorphen Grenzschichten + \item Tempern: + $T=1250 \, ^{\circ} \text{C}$, $t=10\text{ h}$\\ + Homogene, st"ochiometrische 3C-SiC Schicht mit + scharfen Grenzfl"achen + \end{itemize} + + \begin{minipage}{6.3cm} + \includegraphics[width=6.3cm]{ibs_3c-sic.eps} + \end{minipage} + \hspace*{0.2cm} + \begin{minipage}{6.5cm} + \vspace*{2.3cm} + {\scriptsize + Querschnitts-TEM-Aufnahme einer einkristallinen vergrabenen + 3C-SiC-Schicht.\\ + (a) Hellfeldaufnahme\\ + (b) 3C-SiC(111) Dunkelfeldaufnahme\\ + } + \end{minipage} + + \vspace{0.2cm} + + Entscheidende Parameter: Dosis und Implantationstemperatur + +} + +\end{slide} + +\begin{slide} + + {\large\bf + SiC-Ausscheidungsvorgang } \vspace{8pt} - {\bf Lattice types and unit cells:} + {\bf Kristallstruktur und Einheitszelle:} \begin{itemize} - \item Crystalline silicon (c-Si) has diamond structure\\ - $\Rightarrow {\color{si-yellow}\bullet}$ and - ${\color{gray}\bullet}$ are Si atoms - \item Cubic silicon carbide (3C-SiC) has zincblende structure\\ - $\Rightarrow {\color{si-yellow}\bullet}$ are Si atoms, - ${\color{gray}\bullet}$ are C atoms + \item kristallines Silizium (c-Si): Diamantstruktur\\ + ${\color{si-yellow}\bullet}$ und ${\color{gray}\bullet}$ + $\leftarrow$ Si-Atome + \item kubisches SiC (3C-SiC): Zinkblende-Struktur\\ + ${\color{si-yellow}\bullet} \leftarrow$ Si-Atome\\ + ${\color{gray}\bullet} \leftarrow$ C-Atome \end{itemize} \vspace{8pt} \begin{minipage}{8cm} - {\bf Lattice constants:} + {\bf Gitterkonstanten:} \[ 4a_{\text{c-Si}}\approx5a_{\text{3C-SiC}} \] - {\bf Silicon density:} + {\bf Siliziumdichten:} \[ \frac{n_{\text{3C-SiC}}}{n_{\text{c-Si}}}=97,66\,\% \] @@ -239,19 +349,30 @@ \end{slide} -\end{document} +\begin{slide} + + {\large\bf + SiC-Ausscheidungsvorgang + } + + \vspace{64pt} + + Hier die aus experimentellen Untersuchungen heraus vermuteten + Ausscheidungsvorgaenge rein. + +\end{slide} - \small \begin{slide} {\large\bf - Supposed Si to 3C-SiC conversion + SiC-Ausscheidungsvorgang } \small + \vspace{6pt} - Supposed conversion mechanism of heavily carbon doped Si into SiC: + Vermuteter 3C-SiC-Ausscheidungsvorgang in c-Si: \vspace{8pt} @@ -270,73 +391,64 @@ \vspace{8pt} \begin{minipage}{3.8cm} - Formation of C-Si dumbbells on regular c-Si lattice sites + Bildung von C-Si Dumbbells auf regul"aren c-Si Gitterpl"atzen \end{minipage} \hspace{0.6cm} \begin{minipage}{3.8cm} - Agglomeration into large clusters (embryos)\\ + Anh"aufung hin zu gro"sen Clustern (Embryos)\\ \end{minipage} \hspace{0.6cm} \begin{minipage}{3.8cm} - Precipitation of 3C-SiC + Creation of interstitials\\ + Ausscheidung von 3C-SiC + Erzeugung von Si-Zwischengitteratomen \end{minipage} \vspace{12pt} - \begin{minipage}{7cm} - Experimentally observed [3]: + Aus experimentellen Untersuchungen: \begin{itemize} - \item Minimal diameter of precipitation: 4 - 5 nm - \item Equal orientation of Si and SiC (hkl)-planes + \item kritischer Durchmesser einer Ausscheidung: 4 - 5 nm + \item gleiche Orientierung der c-Si and 3C-SiC (hkl)-Ebenen \end{itemize} - \end{minipage} - \begin{minipage}{6cm} - \vspace{32pt} - \hspace{16pt} - {\tiny [3] J. K. N. Lindner, Appl. Phys. A 77 (2003) 27.} - \end{minipage} \end{slide} \begin{slide} {\large\bf - Simulation details + Details der MD-Simulation } + \vspace{12pt} \small - {\bf MD basics:} + {\bf MD-Grundlagen:} \begin{itemize} - \item Microscopic description of N particle system - \item Analytical interaction potential - \item Hamilton's equations of motion as propagation rule\\ - in 6N-dimensional phase space - \item Observables obtained by time or ensemble averages + \item Mikroskopische Beschreibung eines N-Teilchensystems + \item Analytisches Wechselwirkungspotential + \item Numerische Integration der Newtonschen Bewegungsgleichung\\ + als Propagationsvorschrift im 6N-dimensionalen Phasenraum + \item Observablen sind die Zeit- und/oder Ensemblemittelwerte \end{itemize} - {\bf Application details:} + {\bf Details der Simulation:} \begin{itemize} - \item Integrator: Velocity Verlet, timestep: $1\text{ fs}$ - \item Ensemble: isothermal-isobaric NPT [4] + \item Integration: Velocity Verlet, Zeitschritt: $1\text{ fs}$ + \item Ensemble: NpT, isothermal-isobares Ensemble \begin{itemize} - \item Berendsen thermostat: + \item Berendsen Thermostat: $\tau_{\text{T}}=100\text{ fs}$ - \item Brendsen barostat:\\ + \item Berendsen Barostat:\\ $\tau_{\text{P}}=100\text{ fs}$, $\beta^{-1}=100\text{ GPa}$ \end{itemize} - \item Potential: Tersoff-like bond order potential [5] + \item Potential: Tersoff-"ahnliches 'bond order' Potential + \vspace*{12pt} \[ E = \frac{1}{2} \sum_{i \neq j} \pot_{ij}, \quad \pot_{ij} = f_C(r_{ij}) \left[ f_R(r_{ij}) + b_{ij} f_A(r_{ij}) \right] \] \end{itemize} - {\tiny - [4] L. Verlet, Phys. Rev. 159 (1967) 98.}\\ - {\tiny - [5] P. Erhart and K. Albe, Phys. Rev. B 71 (2005) 35211.} - \begin{picture}(0,0)(-240,-70) + \begin{picture}(0,0)(-230,-30) \includegraphics[width=5cm]{tersoff_angle.eps} \end{picture} @@ -345,12 +457,12 @@ \begin{slide} {\large\bf - Simulation sequence + Zwischengitter-Konfigurationen } \vspace{8pt} - Interstitial configurations: + Simulationssequenz:\\ \vspace{8pt} @@ -358,28 +470,29 @@ \rput(3.5,7){\rnode{init}{\psframebox[fillstyle=solid,fillcolor=hb]{ \parbox{7cm}{ \begin{itemize} - \item Initial configuration: $9\times9\times9$ unit cells Si - \item Periodic boundary conditions + \item initiale Konfiguration:\\ + $9\times9\times9$ Einheitszellen c-Si + \item periodische Randbedingungen \item $T=0\text{ K}$, $p=0\text{ bar}$ \end{itemize} }}}} \rput(3.5,3.5){\rnode{insert}{\psframebox{ \parbox{7cm}{ - Insertion of C / Si atom: + Einf"ugen der C/Si Atome: \begin{itemize} - \item $(0,0,0)$ $\rightarrow$ {\color{red}tetrahedral} + \item $(0,0,0)$ $\rightarrow$ {\color{red}tetraedrisch} (${\color{red}\triangleleft}$) \item $(-1/8,-1/8,1/8)$ $\rightarrow$ {\color{green}hexagonal} (${\color{green}\triangleright}$) \item $(-1/8,-1/8,-1/4)$, $(-1/4,-1/4,-1/4)$\\ - $\rightarrow$ {\color{magenta}110 dumbbell} + $\rightarrow$ {\color{magenta}110 Dumbbell} (${\color{magenta}\Box}$,$\circ$) - \item random positions (critical distance check) + \item zuf"allige Position (Minimalabstand) \end{itemize} }}}} \rput(3.5,1){\rnode{cool}{\psframebox[fillstyle=solid,fillcolor=lbb]{ \parbox{3.5cm}{ - Relaxation time: $2\, ps$ + Relaxation ($>2$ ps) }}}} \ncline[]{->}{init}{insert} \ncline[]{->}{insert}{cool} @@ -394,29 +507,29 @@ \begin{slide} {\large\bf - Results - } - Si self-interstitial runs + Zwischengitter-Konfigurationen + } \small \begin{minipage}[t]{4.3cm} - \underline{Tetrahedral}\\ + \underline{Tetraedrisch}\\ $E_f=3.41$ eV\\ \includegraphics[width=3.8cm]{si_self_int_tetra_0.eps} \end{minipage} \begin{minipage}[t]{4.3cm} - \underline{110 dumbbell}\\ + \underline{110 Dumbbell}\\ $E_f=4.39$ eV\\ \includegraphics[width=3.8cm]{si_self_int_dumbbell_0.eps} \end{minipage} \begin{minipage}[t]{4.3cm} \underline{Hexagonal} \hspace{4pt} \href{../video/si_self_int_hexa.avi}{$\rhd$}\\ - $E_f^{\star}\approx4.48$ eV (unstable!)\\ + $E_f^{\star}\approx4.48$ eV (nicht stabil!)\\ \includegraphics[width=3.8cm]{si_self_int_hexa_0.eps} \end{minipage} - \underline{Random insertion} + \underline{zuf"allige Positionen} \begin{minipage}{4.3cm} $E_f=3.97$ eV\\ @@ -436,29 +549,29 @@ \begin{slide} {\large\bf - Results - } - Carbon interstitial runs + Zwischengitter-Konfigurationen + } \small \begin{minipage}[t]{4.3cm} - \underline{Tetrahedral}\\ + \underline{Tetraedrisch}\\ $E_f=2.67$ eV\\ \includegraphics[width=3.8cm]{c_in_si_int_tetra_0.eps} \end{minipage} \begin{minipage}[t]{4.3cm} - \underline{110 dumbbell}\\ + \underline{110 Dumbbell}\\ $E_f=1.76$ eV\\ \includegraphics[width=3.8cm]{c_in_si_int_dumbbell_0.eps} \end{minipage} \begin{minipage}[t]{4.3cm} \underline{Hexagonal} \hspace{4pt} \href{../video/c_in_si_int_hexa.avi}{$\rhd$}\\ - $E_f^{\star}\approx5.6$ eV (unstable!)\\ + $E_f^{\star}\approx5.6$ eV (nicht stabil!)\\ \includegraphics[width=3.8cm]{c_in_si_int_hexa_0.eps} \end{minipage} - \underline{Random insertion} + \underline{zuf"allige Positionen} \footnotesize @@ -466,7 +579,7 @@ $E_f=0.47$ eV\\ \includegraphics[width=3.3cm]{c_in_si_int_001db_0.eps} \begin{picture}(0,0)(-15,-3) - 100 dumbbell + 100 Dumbbell \end{picture} \end{minipage} \begin{minipage}[t]{3.3cm} @@ -487,8 +600,10 @@ \begin{slide} {\large\bf - Results - } - <100> dumbbell configuration + Zwischengitter-Konfigurationen + } + + Das 100 Dumbbell \vspace{8pt} @@ -518,50 +633,51 @@ \begin{slide} {\large\bf - Simulation sequence + Simulationen zum Ausscheidungsvorgang } \small \vspace{8pt} - SiC precipitation simulations: + Simulationssequenz:\\ \vspace{8pt} \begin{pspicture}(0,0)(12,8) % nodes - \rput(3.5,6.5){\rnode{init}{\psframebox[fillstyle=solid,fillcolor=hb]{ + \rput(3.5,7.0){\rnode{init}{\psframebox[fillstyle=solid,fillcolor=hb]{ \parbox{7cm}{ \begin{itemize} - \item Initial configuration: $31\times31\times31$ unit cells Si - \item Periodic boundary conditions + \item initiale Konfiguration:\\ + $31\times31\times31$ c-Si Einheitszellen + \item periodsche Randbedingungen \item $T=450\, ^{\circ}\text{C}$, $p=0\text{ bar}$ - \item Equilibration of $E_{kin}$ and $E_{pot}$ + \item "Aquilibrierung von $E_{\text{kin}}$ and $E_{\text{pot}}$ \end{itemize} }}}} \rput(3.5,3.2){\rnode{insert}{\psframebox[fillstyle=solid,fillcolor=lachs]{ \parbox{7cm}{ - Insertion of 6000 carbon atoms at constant\\ - temperature into: + Einf"ugen von 6000 C-Atomen\\ + bei konstanter Temperatur \begin{itemize} - \item Total simulation volume {\pnode{in1}} - \item Volume of minimal SiC precipitation {\pnode{in2}} - \item Volume of necessary amount of Si {\pnode{in3}} + \item gesamte Simulationsvolumen {\pnode{in1}} + \item Volumen einer minimal SiC-Ausscheidung {\pnode{in2}} + \item Bereich der ben"otigten Si-Atome {\pnode{in3}} \end{itemize} }}}} \rput(3.5,1){\rnode{cool}{\psframebox[fillstyle=solid,fillcolor=lbb]{ \parbox{3.5cm}{ - Cooling down to $20\, ^{\circ}C$ + Abk"uhlen auf $20\, ^{\circ}\textrm{C}$ }}}} \ncline[]{->}{init}{insert} \ncline[]{->}{insert}{cool} \psframe[fillstyle=solid,fillcolor=white](7.5,1.8)(13.5,7.8) \psframe[fillstyle=solid,fillcolor=lightgray](9,3.3)(12,6.3) \psframe[fillstyle=solid,fillcolor=gray](9.25,3.55)(11.75,6.05) - \rput(7.9,4.8){\pnode{ins1}} - \rput(9.22,4.4){\pnode{ins2}} - \rput(10.5,4.8){\pnode{ins3}} + \rput(7.9,4.2){\pnode{ins1}} + \rput(9.22,3.5){\pnode{ins2}} + \rput(11.0,3.8){\pnode{ins3}} \ncline[]{->}{in1}{ins1} \ncline[]{->}{in2}{ins2} \ncline[]{->}{in3}{ins3} @@ -569,12 +685,13 @@ \end{slide} +\end{document} + \begin{slide} {\large\bf - Results - } - SiC precipitation runs - + Simulationen zum Ausscheidungsvorgang + } \includegraphics[width=6.3cm]{pc_si-c_c-c.eps} \includegraphics[width=6.3cm]{pc_si-si.eps}