Herstellung und Charakterisierung von monolithischen Germanium-Nanodraht-Bauelementen mit Metall-Halbleiter-Heteroübergang

Abstract

Aluminium und Germanium sind zwei bedeutende Materialien in der modernen Halbleitertechnik. Aluminium stellt eine preiswerte Alternative zu Kupfer oder Gold bei der Metallisierung von Mikrochips dar. Germanium nimmt unter den Halbleitern, auf Grund seiner hohen Mobilität für Elektronen und der höchsten Löchermobilität aller Halbleiter, eine herausragende Position ein und wird deshalb in diskreten Hochfrequenzbauelementen eingesetzt. Durch das Aufkommen von "`high-k"' Oxiden rückt Germanium in letzter Zeit wieder verstärkt in den Fokus der integrierten Schaltungstechnik. Durch ihre ständige Optimierung stoßen Halbleiterbauelemente in absehbarer Zeit an ihre technologischen Grenzen. Aus diesem Grund ist das Ziel der aktuellen Forschung die Entwicklung innovativer Konzepte im Bereich der Nanotechnologie zur Realisierung und Verbesserung neuer Halbleiterstrukturen. Eine bedeutende Rolle spielen dabei Nanodrähte, welche in der integrierten Schaltungstechnik, der Sensorik oder als Aktuatoren neue Anwendungsmöglichkeiten bieten. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde die Synthese von Metall-Halbleiter-Heterostrukturen auf der Basis von Germanium-Nanodrähten untersucht und anschließend die elektrischen Eigenschaften charakterisiert.Zu diesem Zweck werden zu Beginn der Arbeit die Eigenschaften der verwendeten Materialien erörtert sowie der Schottkykontakt und die Stoßionisation anhand des Bändermodells erklärt. Dann werden die zum Einsatz kommenden Geräte, sowie verwendeten Parameter für die Synthese und die Charakterisierung der erstellten Strukturen beschrieben. Die im Rahmen dieser Arbeit synthetisierten Aluminium-Germanium-Heterostrukturen zeigen bei der Analyse mittels Transmissionselektronenmikroskopie eine atomar scharfe Grenzfläche zwischen dem Metall und dem Halbleiter. Die elektrische Charakterisierung ergibt eine Schottkybarrierenhöhe zwischen Aluminium und Germanium von 371meV und ein nahezu ideales Diodenverhalten.

Aluminum and germanium are two important materials in modern semiconductor technology. Aluminum is used as an inexpensive alternative to copper or gold for the metallization of semiconductor devices. Due to its high electron mobility and the highest mobility for holes, germanium takes an outstanding position among semiconductors and is therefore often used in discrete devices for high frequency applications. The implementation of high-k materials in recent years also increases the interest in the investigation of germanium based integrated circuits. Due to the ongoing improvement of semiconductor devices, the technological limits will be reached in the foreseeable future. Current research aims at the development of novel concepts in the field of nanotechnology for improvement and implementation of semiconductor devices. In this focus nanowires play an important role for new ways of producing integrated circuits, sensors and actuators. In this diploma thesis the synthesis of metal-semiconductor-heterostructures based on germanium-nanowires is investigated. Furthermore, these structures were electrically characterized. Therefore the properties of the used materials are discussed first. Afterwards, the Schottky contact and the impact ionization are explained with the help of the band model. Subsequently, the used equipment and the synthesis are described as well as the parameters for the characterization. Transmission electron microscopy analysis of the aluminum-germanium-heterostructures showed a atomicaly sharp interface between metal and semiconductor. The current-voltage relation was detemined and the height of the Schottky barrier between aluminum and germanium was measured.