Study of the structure and mechanical behavior of low-dimentional III-V semiconductor heterostructures

Το αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής εντοπίζεται στην ολοκληρωμένη μελέτη των χαμηλοδιάστατων ημιαγωγικών ετεροδομών III-V ως προς την μορφολογία τους, την κρυσταλλική τους δομή, τα πεδία παραμόρφωσης και την χημική τους σύσταση. Για τον σκοπό αυτό μελετήθηκαν QDs ανεπτυγμένες σε υπόστρωμα GaAs, για χρήση σε εφαρμογές διατάξεων νανοφωτονικής και κβαντικής κρυπτογραφίας, και NWs ανεπτυγμένα σε υπόστρωμα Si για ενεργειακή χρήση σε προηγμένης γενιάς φωτοβολταϊκά στοιχεία. Συγκεκριμένα, οι κβαντικές τελείες αφορούν τόσο επιφανειακές όσο και εσωτερικές QDs ινδίου-αρσενικού (InAs) ανεπτυγμένες σύμφωνα με τον μηχανισμό στοιβάδων και νησίδων (Stranski-Krastanow) σε υπόστρωμα γαλλίου-αρσενικού (GaAs) (211)Β, ενώ τα νανονήματα αφορούν NWs γαλλίου-αρσενικού (GaAs), καθώς και NWs πυρήνα/φλοιού GaAs/ (In,Al)GaAs ανεπτυγμένα σε υποστρώματα πυριτίου (Si) (111). Όλες οι νανοδομές έχουν αναπτυχθεί με Επιταξία Μοριακών Δεσμών (Molecular Beam Epitaxy, MBE). Η ανάλυση της μορφολογίας, του δομικού και στοιχειακού χαρακτηρισμού πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας τεχνικές Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Διέλευσης (Transmission Electron Microscopy, ΤΕΜ) και υψηλής διακριτικής ικανότητας ΤΕΜ (High-Resolution ΤΕΜ, ΗRΤΕΜ). Ταυτόχρονα, η ανάλυση της παραμόρφωσης στη νανοκλίμακα πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας την απεικονιστική πειραματική μέθοδο της Γεωμετρικής Ανάλυσης Φάσης (Geometric Phase Analysis, GPA), αντλώντας λεπτομερή πειραματικά δομικά στοιχεία των υπό μελέτη συστημάτων σε νανοσκοπικό και ατομικό επίπεδο, από παρατηρήσεις ΗRTEM. Στην ετεροεπιταξιακή ανάπτυξη η κατανομή των ελαστικών πεδίων τάσεων και παραμορφώσεων, καθώς και η χημική τους σύσταση έχουν σημαντικό αντίκτυπο στις οποτοηλεκτρονικές τους ιδιότητες. Για τον σκοπό αυτό, ακολούθησαν υπολογισμοί-προσομοιώσεις των πεδίων τάσης-παραμόρφωσης και η αποτύπωση τους σε δυο ή/και τρεις διαστάσεις (2D – 3D) με την υπολογιστική μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων (Finite Elements Method, FEM). Επιπλέον, πραγματοποιήθηκαν συμπληρωματικές παρατηρήσεις ΤΕΜ Σάρωσης (Scanning TEM, STEM) και in-situ Φασματοσκοπίας Ενεργειακού Διασκορπισμού Ακτίνων-Χ (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy, EDS) για τον μορφολογικό χαρακτηρισμό και τον τοπικό προσδιορισμό της χημικής σύστασης των NWs πυρήνα/φλοιού, αντίστοιχα.

Effect of lattice mismatch and shell thickness on strain in core@shell nanocrystals

Bimetallic nanocrystals with core@shell architectures are versatile particles. Geometric phase analysis of TEM images and atomistic simulations are coupled to reveal the lattice relaxation as a function of lattice mismatch and shell thickness.

Failure Analysis Approaches for Stacking Fault Defects in FinFET Devices

In this paper, the stacking fault defects in FinFETs are described as the root cause of the PLL failure. Failure analysis approaches such as photon emission microscopy and nano probing were applied to pinpoint the exact stacking fault location in even transistor level and High resolution TEM confirmed the stacking fault defects in the Fin which was isolated by nano probing. RX local density was confirmed as the key factor in stacking fault generation by TCAD simulation. RX new mask with dummy addition was made to mitigate stress and was confirmed to be effective to reduce the compressive strain at the channel in FinFETs by Geometric Phase Analysis (GPA) which provided sufficiently practical local strain measurement data. The GPA techniques demonstrated here are informative for process improvement and failure analysis in FinFET devices. Keywords – Stacking Fault, Geometric Phase Analysis