Atomistische Simulationen der Diffusionsprozesse in SiGe Verbindungen

Die vorliegende Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Diffusionsprozesse in SiGe-Verbindungen mittels Molekulardynamiksimulationen. Für die Simulationen wird die freie Software LAMMPS verwendet in Kombination mit einem reaktiven Kraftfeld. Das Ziel der Si-mulationen ist einerseits herauszufinden, inwieweit eine Untersuchung von Diffusionsprozessen mit der heutigen Rechentechnik möglich ist, und andererseits zu untersuchen, wie gut das hier verwendete Kraftfeld die Diffusionsprozesse beschreibt. Darauf aufbauend sollen die Diffusi-onsmechanismen genauer erforscht werden. Untersuchungen der Gitterkonstante von SiGe-Systemen zeigen, dass das Temperaturverhalten von Silizium und Germanium nicht korrekt von dem verwendeten Potential wiedergegeben wird. Einerseits zeigen die Systeme kein Schmelzverhalten und andererseits ist die simulierte Gitter-konstante unabhängig von der Temperatur. Hingegen ergibt sich für die Germaniumabhängigkeit der Gitterkonstante ein linearer Verlauf, wie es in der Literatur angegeben wird. Simulationen eines Zweilagensystems, bestehend aus einer Lage Silizium und einer Lage Silizi-umgermanium, zeigen, dass die Diffusion des Germaniums in die Siliziumschicht zu langsam abläuft, um mit Molekulardynamik direkt untersucht zu werden. In weiteren Untersuchungen werden deshalb die einzelnen Diffusionsmechanismen genauer betrachtet. Die dabei ermittelten Diffusionskonstanten nehmen exponentiell, wie in der Literatur angegeben, mit der Temperatur zu. Weiterhin folgt aus den Simulationen, dass der Einbau von Germaniumatomen in Siliziumsysteme die Diffusionsmechanismen behindert. Dabei ergibt sich ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen dem Anteil an Germaniumatomen und der Diffusi-onskonstante. Die berechneten Diffusionskonstanten können als Eingabewert für gröbere Modelle verwendet werden, wie zum Beispiel kinetic-Monte-Carlo-Simulationen.:I. ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS II. SYMBOLVERZEICHNIS 1. EINLEITUNG 2. SIGE ALS KANALMATERIAL FÜR MOSFET-TRANSISTOREN 2.1. MOSFET IN DIGITALEN SCHALTUNGEN 2.2. KRISTALLSTRUKTUR VON SIGE-VERBINDUNGEN 2.2.1. Der Idealkristall 2.2.2. Der Realkristall 2.3. BILDUNG DES KANALS 2.3.1. Heteroepitaxie von SiGe auf Ge 2.3.2. SGOI Technologie 2.4. DIE ATOMISTISCHE DIFFUSION 3. GRUNDLAGEN DER MOLEKULARDYNAMIKSIMULATION 3.1. DAS REAXFF POTENTIAL 3.2. PHYSIKALISCHE ENSEMBLES 3.3. LAMMPS 4. SIMULATIONEN 4.1. GITTERKONSTANTE VON SIGE-VERBINDUNGEN 4.1.1. Modellsystem 4.1.2. Ergebnisse und Vergleich mit der Literatur 4.2. INTERDIFFUSION IN SIGE-HETEROSYSTEMEN 4.2.1. Modellsystem 4.2.2. Ergebnisse 4.3. EINZELSPRUNGBETRACHTUNG VON INTERSTITIALS 4.3.1. Modellsystem 4.3.2. Einzelsprungauswertung von Interstitials 4.3.3. Ergebnisse der Einzelsprungauswertung 4.4. MSD-BETRACHTUNG VON INTERSTITIALS 4.4.1. Modellsystem und Auswertemethode 4.4.2. Vergleich der MSD-Betrachtung mit der Einzelsprungbetrachtung und mit Literaturwerten 4.5. MSD-BETRACHTUNG VON LEERSTELLEN 4.5.1. Modellsystem und Auswertemethode 4.5.2. Ergebnisse und Vergleich mit Literatur 4.6. VERGLEICH DER DIFFUSION VON LEERSTELLEN UND INTERSTITIALS 5. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICKE 5.1. ZUSAMMENFASSUNG 5.2. AUSBLICKE 6. ABBILDUNGSVERZEICHNIS 7. TABELLENVERZEICHNIS 8. REFERENCE