X-Git-Url: https://hackdaworld.org/gitweb/?p=lectures%2Flatex.git;a=blobdiff_plain;f=posic%2Ftalks%2Fseminar_2008.tex;h=30efd762bfff3a1055fbbd96d9258507514ede68;hp=d946ce37b26b3b0dd537470b3e92f5f22c1e4b7e;hb=b46804e27e8e7ee27ce2981a3664cfa97a8d2556;hpb=dc56cec9a5847d36ab5b428e4bfae2ecf8d04767 diff --git a/posic/talks/seminar_2008.tex b/posic/talks/seminar_2008.tex index d946ce3..30efd76 100644 --- a/posic/talks/seminar_2008.tex +++ b/posic/talks/seminar_2008.tex @@ -141,7 +141,7 @@ \item gro"se Bandl"ucke (3C: 2.39 eV, 4H: 3.28 eV, 6H: 3.03 eV) \item hohe mechanische Stabilit"at \item gute Ladungstr"agermobilit"at - \item sp"ate S"attigung der Elektronen-Driftgeschwindigkeit + \item hohe S"attigungselektronendriftgeschwindigkeit \item hohe Durchbruchfeldst"arke \item chemisch inerte Substanz \item hohe thermische Leitf"ahigkeit und Stabilit"at @@ -156,17 +156,18 @@ \item Optoelektronik (blaue LEDs), Sensoren \item Kandidat f"ur Tr"ager und W"ande in Fusionsreaktoren \item Luft- und Raumfahrtindustrie, Milit"ar - \item kohlenfaserverst"arkte SiC-Verbundkeramik + \item Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) \end{itemize} } - \begin{picture}(0,0)(-280,-150) - %\includegraphics[width=4cm]{sic_inverter_ise.eps} + \begin{picture}(0,0)(-255,-125) + \includegraphics[width=4cm]{sic_wechselrichter_ise.eps} \end{picture} - - \begin{picture}(0,0)(-280,-20) - %\includegraphics[width=4cm]{cc_sic_brake_dlr.eps} + \begin{picture}(0,0)(-251,-115) + \begin{minipage}{4cm} + {\tiny DLR ISE: Inverter, $E=98.5\%$} + \end{minipage} \end{picture} \end{slide} @@ -245,7 +246,7 @@ {\color{blue} \begin{center} - Genaues Verst"andnis des 3C-SiC-Ausscheidungsvorganges\\ + Genaues Verst"andnis des 3C-SiC-Ausscheidungsvorgangs\\ $\Downarrow$\\ Grundlage f"ur technologischen Fortschritt in 3C-SiC-D"unnschichtherstellung \end{center} @@ -271,18 +272,47 @@ Die Alternative: Ionenstrahlsynthese + {\small + \begin{itemize} \item Implantation 1: - 180 keV C$^+\rightarrow$ FZ-Si(100), $D=7.9 \times 10^{17}$ cm$^{-2}$, + 180 keV C$^+\rightarrow$ FZ-Si(100), + $D=7.9 \times 10^{17}$ cm$^{-2}$, $T_{\text{i}}=500 \, ^{\circ} \text{C}$\\ - $\rightarrow$ + 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$^{-2}$, + 180 keV C$^+\rightarrow$ FZ-Si(100), + $D=0.6 \times 10^{17}$ cm$^{-2}$, $T_{\text{i}}=250 \, ^{\circ} \text{C}$\\ - $\rightarrow$ + Zerst"orung einzelner SiC Ausscheidungen + in gr"o"ser werdenden amorphen Grenzschichten \item Tempern: - $T=1250 \, ^{\circ} \text{C}$, $t=10\text{ h}$ + $T=1250 \, ^{\circ} \text{C}$, $t=10\text{ h}$\\ + 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} @@ -326,10 +356,24 @@ SiC-Ausscheidungsvorgang } - \vspace{64pt} + Hochaufl"osungs-TEM:\\[-0.5cm] - Hier die aus experimentellen Untersuchungen heraus vermuteten - Ausscheidungsvorgaenge rein. + \begin{minipage}{3.3cm} + \includegraphics[width=3.3cm]{tem_c-si-db.eps} + \end{minipage} + \begin{minipage}{9cm} + Bereich oberhalb des Implantationsmaximums\\ + Wolkenstruktur "uberlagert auf ungest"orten Si-Muster\\ + $\rightarrow$ C-Si Dumbbells + \end{minipage} + \begin{minipage}{3.3cm} + \includegraphics[width=3.3cm]{tem_3c-sic.eps} + \end{minipage} + \begin{minipage}{9cm} + Bereich um das Implantationsmaximum\\ + Moir\'e-Kontrast-Muster\\ + $\rightarrow$ inkoh"arente 3C-SiC-Ausscheidungen in c-Si-Matrix + \end{minipage} \end{slide} @@ -580,23 +624,18 @@ \small - \begin{minipage}{4cm} + \begin{minipage}{5.5cm} \begin{itemize} \item $E_f=0.47$ eV - \item Very often observed - \item Most energetically\\ - favorable configuration - \item Experimental\\ - evidence [6] + \item sehr h"aufig beobachtet + \item energetisch g"unstigste\\ Konfiguration + \item experimentelle und theoretische Hinweise + f"ur die Existenz dieser Konfiguration \end{itemize} - \vspace{24pt} - {\tiny - [6] G. D. Watkins and K. L. Brower,\\ - Phys. Rev. Lett. 36 (1976) 1329. - } + \includegraphics[width=5.6cm]{c_in_si_100.ps} \end{minipage} - \begin{minipage}{8cm} - \includegraphics[width=9cm]{100-c-si-db_s.eps} + \begin{minipage}{7cm} + \includegraphics[width=8cm]{100-c-si-db_s.eps} \end{minipage} \end{slide} @@ -633,19 +672,22 @@ bei konstanter Temperatur \begin{itemize} \item gesamte Simulationsvolumen {\pnode{in1}} - \item Volumen einer minimal SiC-Ausscheidung {\pnode{in2}} + \item Volumen einer minimalen 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}{ - Abk"uhlen auf $20\, ^{\circ}\textrm{C}$ + \parbox{5.0cm}{ + Nach 100 ps 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) + \rput(7.8,7.6){\footnotesize $V_1$} \psframe[fillstyle=solid,fillcolor=lightgray](9,3.3)(12,6.3) + \rput(9.2,6.15){\tiny $V_2$} \psframe[fillstyle=solid,fillcolor=gray](9.25,3.55)(11.75,6.05) + \rput(9.55,5.85){\footnotesize $V_3$} \rput(7.9,4.2){\pnode{ins1}} \rput(9.22,3.5){\pnode{ins2}} \rput(11.0,3.8){\pnode{ins3}} @@ -656,8 +698,6 @@ \end{slide} -\end{document} - \begin{slide} {\large\bf @@ -667,46 +707,125 @@ \includegraphics[width=6.3cm]{pc_si-c_c-c.eps} \includegraphics[width=6.3cm]{pc_si-si.eps} - \begin{minipage}[t]{6.3cm} - \tiny - \begin{itemize} - \item C-C peak at 0.15 nm similar to next neighbour distance of graphite - or diamond\\ - $\Rightarrow$ Formation of strong C-C bonds - (almost only for high C concentrations) - \item Si-C peak at 0.19 nm similar to next neighbour distance in 3C-SiC - \item C-C peak at 0.31 nm equals C-C distance in 3C-SiC\\ - (due to concatenated, differently oriented - <100> dumbbell interstitials) - \item Si-Si shows non-zero g(r) values around 0.31 nm like in 3C-SiC\\ - and a decrease at regular distances\\ - (no clear peak, - interval of enhanced g(r) corresponds to C-C peak width) - \end{itemize} - \end{minipage} - \begin{minipage}[t]{6.3cm} - \tiny - \begin{itemize} - \item Low C concentration (i.e. $V_1$): - The <100> dumbbell configuration - \begin{itemize} - \item is identified to stretch the Si-Si next neighbour distance - to 0.3 nm - \item is identified to contribute to the Si-C peak at 0.19 nm - \item explains further C-Si peaks (dashed vertical lines) - \end{itemize} - $\Rightarrow$ C atoms are first elements arranged at distances - expected for 3C-SiC\\ - $\Rightarrow$ C atoms pull the Si atoms into the right - configuration at a later stage - \item High C concentration (i.e. $V_2$ and $V_3$): - \begin{itemize} - \item High amount of damage introduced into the system - \item Short range order observed but almost no long range order - \end{itemize} - $\Rightarrow$ Start of amorphous SiC-like phase formation\\ - $\Rightarrow$ Higher temperatures required for proper SiC formation - \end{itemize} + \vspace{-0.1cm} + + \footnotesize + \underline{C-C, 0.15 nm}:\\ + NN-Abstand in Graphit/Diamant\\ + $\Rightarrow$ starke C-C Bindungen bei hohen Konz.\\ + \underline{Si-C, 0.19 nm}:\\ + NN-Abstand in 3C-SiC\\ + \underline{C-C, 0.31 nm}:\\ + C-C Abstand in 3C-SiC\\ + verkettete, verschieden orientierte 100 C-Si DBs\\ + \underline{Si-Si, $\sim$ 0.31 nm}:\\ + g(r) erh"oht, Si-Si in 3C-SiC\\ + Intervall entspricht C-C Peakbreite\\ + Abfall bei regul"aren Abst"anden + + \begin{picture}(0,0)(-175,-40) + \includegraphics[width=4.0cm]{conc_100_c-si-db_02.eps} + \end{picture} + \begin{picture}(0,0)(-278,-10) + \includegraphics[width=4.0cm]{conc_100_c-si-db_01.eps} + \end{picture} + + \end{slide} + + \begin{slide} + + {\large\bf + Simulationen zum Ausscheidungsvorgang + } + + \includegraphics[width=6.3cm]{pc_si-c_c-c.eps} + \includegraphics[width=6.3cm]{c_in_si_100.ps} + + \footnotesize + + \underline{Niedrige C-Konzentration ($V_1$)}: + 100 Dumbbell-Konfiguration\\ + dehnt Si-Si NN-Abstand auf 0.3 nm\\ + Beitrag zum Si-C Peak bei 0.19 nm\\ + erkl"art weitere Si-C Peaks (gestrichelte Linien)\\ + $\Rightarrow$ C-Atome als erstes im erwarteten 3C-SiC-Abstand\\ + \underline{Hohe C-Konzentration ($V_2$ und $V_3$)}:\\ + Gro"se Anzahl an Defekten/Sch"adigung erzeugt\\ + Fast nur kurzreichweitige Ordnung erkennbar\\ + $\Rightarrow$ Bildung einer amorphen SiC-"ahnlichen Phase\\ + $\Rightarrow$ T$\uparrow$ oder t$\uparrow$ f"ur Bildung von 3C-SiC + + \begin{picture}(0,0)(-230,-15) + \includegraphics[width=5cm]{a-sic_pc.eps} + \end{picture} + \begin{picture}(0,0)(-240,-5) + \begin{minipage}{5cm} + {\scriptsize + PRB 66, 024106 (2002)\\[-4pt] + F. Gao und W. J. Weber + } + \end{minipage} + \end{picture} + +\end{slide} + + \begin{slide} + + {\large\bf + Simulationen zum Ausscheidungsvorgang + } + + \footnotesize + + Zusammenfassung und Problemstellung: + \begin{itemize} + \item keine 3C-SiC-Ausscheidungen + \item C-Konzentration niedrig: + \begin{itemize} + \item 100 Dumbbell gepr"agte Struktur\\ + (entspricht Vermutungen aus IBS Untersuchungen) + \item keine Anh"aufung zu Embryos + \end{itemize} + \item C-Konzentration hoch: + \begin{itemize} + \item Ausbildung von C-C Bindungen + (IBS: C-"Uberdosis behindert C-Umverteilung) + \item amorphes SiC + (C-induzierte Amorphisierung ab einem T-abh"angigen + Wert der Dosis) + \end{itemize} + \end{itemize} + \vspace{0.2cm} + {\color{blue} Ziel:} + \underline{ + Bedingungen finden unter denen 3C-SiC-Ausscheidung stattfindet}\\[0.3cm] + Ans"atze:\\[0.2cm] + \begin{minipage}{7.5cm} + \begin{itemize} + \item H"ohere Temperaturen + \begin{itemize} + \item Temperaturen im Implantationsbereich h"oher + \item H"ohere T statt l"angerer Simulationszeit\\ + Arrhenius-Gesetz $\rightarrow$ "Ubergangszeiten + \end{itemize} + \item Variation des Einf"ugevorgangs des Kohlenstoffs + \begin{itemize} + \item minimaler Abstand + \item Zeitpunkt, Geschwindigkeit (Dosisrate) + \end{itemize} + \end{itemize} + \end{minipage} + \begin{minipage}{5.1cm} + \begin{itemize} + \item Modifikation der\\ + Kraft/Potentialberechnung + \begin{itemize} + \item C-C cut-off erh"ohen + \item Beitrag aus Ableitung von $f_{\text{C}}$ zur Kraft + weglassen + \\\\ + \end{itemize} + \end{itemize} \end{minipage} \end{slide} @@ -714,16 +833,92 @@ \begin{slide} {\large\bf - Very first results of the SiC precipitation runs + Simulationen zum Ausscheidungsvorgang } - \begin{minipage}[t]{6.9cm} - \includegraphics[width=6.3cm]{../plot/sic_pc.ps} - \includegraphics[width=6.3cm]{../plot/foo_end.ps} - \hspace{12pt} + H"ohere Temperaturen - $V_1$-Simulationen\\ + \includegraphics[width=6.3cm]{tot_ba.ps} + \includegraphics[width=6.3cm]{tot_pc.ps} + \small + \begin{minipage}{6.5cm} + \[ + \text{\scriptsize Quality} + = \frac{\textrm{\scriptsize Anzahl C mit 4 Bindungen zu Si}} + {\textrm{\scriptsize Gesamtanzahl C}} + \] + \\ + \underline{Si-C PCF}:\\ + cut-off Artefakt nimmt ab mit T $\uparrow$\\ + $2050 \, ^{\circ}\text{C}$ Si-C Peaks + $\rightarrow \text{C}_{\text{S}}$-Si Bindungen\\[0.2cm] + {\color{red} Problem: L"oslichkeit durch hohe T erh"oht} \end{minipage} - \begin{minipage}[c]{5.5cm} - \includegraphics[width=6.0cm]{sic_si-c-n.eps} + + \begin{picture}(0,0)(-175,-2) + \includegraphics[width=4.0cm]{cs-si_01.eps} + \end{picture} + \begin{picture}(0,0)(-278,16) + \includegraphics[width=4.0cm]{cs-si_02.eps} + \end{picture} + +\end{slide} + +\begin{slide} + + {\large\bf + Simulationen zum Ausscheidungsvorgang + } + + H"ohere Temperaturen - $V_2$-Simulationen\\ + \includegraphics[width=6.2cm]{12_pc.ps} + \includegraphics[width=6.2cm]{12_ba.ps} + \includegraphics[width=6.2cm]{12_pc_c-c.ps} + \includegraphics[width=6.2cm]{12_ba_noa.ps} + +\end{slide} + +\begin{slide} + + {\large\bf + Simulationen zum Ausscheidungsvorgang + } + + H"ohere Temperaturen - Neuer Temperaturfahrplan\\[0.3cm] + \begin{itemize} + \item Einf"ugen der C-Atome bei $1650 \, ^{\circ} \text{C}$ + \item Aufw"armen auf $2650 \, ^{\circ} \text{C}$ + \item Temperatur f"ur 100 ps halten + \item Abk"uhlen auf $20 \, ^{\circ} \text{C}$ + \end{itemize} + \vspace{0.2cm} + \includegraphics[width=6.3cm]{12_anneal_amod.ps} + \includegraphics[width=6.3cm]{12_amod_anneal.ps} + +\end{slide} + +\begin{slide} + + {\large\bf + Simulationen zum Ausscheidungsvorgang + } + + Variation des Einf"ugevorgangs des Kohlenstoffs + + \scriptsize + + \begin{minipage}{6.3cm} + \begin{center} + Kritischer Abstand 0.15 nm $\rightarrow$ 0.05 nm\\ + \end{center} + \includegraphics[width=5.9cm]{1250_12_cr.ps} + \includegraphics[width=5.9cm]{1250_12_cr_ba.ps} + \end{minipage} + \begin{minipage}{6.3cm} + \begin{center} + Dosisrate: C auf einmal hinzugef"ugt\\ + \end{center} + \includegraphics[width=5.9cm]{1250_12_notrelax_pc.ps} + \includegraphics[width=5.9cm]{1250_12_notrelax_ba.ps} \end{minipage} \end{slide} @@ -731,23 +926,91 @@ \begin{slide} {\large\bf - Summary / Outlook + Simulationen zum Ausscheidungsvorgang } -\vspace{24pt} + Modifikation der Kraft/Potentialberechnung + + \underline{Erh"ohter C-C cut-off} + \begin{center} + \includegraphics[width=6.5cm]{12_pc_c-c_amod.ps} + \end{center} + + \underline{Beitrag zur Kraft aus Ableitung von $f_{\text{C}}$ weglassen} + \begin{itemize} + \item System nicht mehr konservativ + \item Energie steigt trotz 'starker' T-Kontrolle + \end{itemize} + $\Rightarrow$ nicht geeignet f"ur Simulationen mit endlicher/hoher Temperatur + +\end{slide} + +\begin{slide} + + {\large\bf + SiC-Ausscheidungen in Si + } + + \begin{itemize} + \item $10\times10\times10$ Einheitszellen 3C-SiC + \item Zwei $8\times8\times8$ Einheitszellen Si unter- und oberhalb + \item "Aquilibrierung f"ur 2 ps + \item Einschalten der $T$- und $p$-Kontrolle + ($T=0\text{ K}$, $p=0\text{ bar}$) + \end{itemize} + + \vspace*{0.1cm} + + Relaxation: \href{../video/sd_sic_in_si_01.avi}{$\rhd$}\\ + Spannungen: \href{../video/sd_sic_in_si_01_strain.avi}{$\rhd$} + + \vspace*{0.2cm} + + \begin{minipage}{5cm} + Initial Konfiguration\\ + \includegraphics[width=6cm]{sd_sic_in_si_strain_01.eps} + \end{minipage} + \begin{minipage}{1cm} + $\rightarrow$\\ + \end{minipage} + \begin{minipage}{6cm} + Relaxierte Konfiguration\\ + \includegraphics[width=6.4cm]{sd_sic_in_si_strain_02.eps} + \end{minipage} + + +\end{slide} + +\begin{slide} + + {\large\bf + Zusammenfassung und Ausblick + } + +\vspace{8pt} + +\begin{itemize} + \item SiC als HL-Bauelemente f"ur Anwendungen unter extremen Bedingungen + \item Schwierigkeiten in der Herstellung d"unner SiC-Schichten + \item Notwendigkeit den 3C-SiC-Ausscheidungsvorgang zu verstehen +\end{itemize} + +\vspace{8pt} \begin{itemize} - \item Importance of understanding the SiC precipitation mechanism - \item Interstitial configurations in silicon using the Albe potential - \item Indication of SiC precipitation + \item Zwischengitterkonfigurationen + \item Suche nach SiC-Ausscheidungsbedingungen + \item Untersuchungen an selbst konstruierten 3C-SiC in c-Si \end{itemize} \vspace{24pt} \begin{itemize} - \item Displacement and stress calculations - \item Refinement of simulation sequence to create 3C-SiC - \item Analyzing self-designed Si/SiC interface + \item Neue Versuche, neue Kombinationen + \item W"armebad koppelt nur an Randatome der Simulationszelle + \item TAD + \item Alternative Potentiale (SW, mod. Tersoff) + \item Weitere Untersuchungen an selbst konstruierten Ausscheidungen \end{itemize} \end{slide}