Análise Estatística do Processo

Com o objetivo de determinar a uniformidade e reprodutibilidade dos padrões de óxido criados, uma análise estatística onde é determinada tanto a altura quanto o volume das estruturas de óxido foi realizada em substratos de Ge. Neste caso, utiliza-se o sistema Solver-Pro com o qual foram fabricadas redes de pontos igualmente espaçados como se mostra na gura 3.22. As estruturas mostradas correspondem aos orifícios formados no substrato de Ge uma vez que tem sido removido o óxido produzido. Para cada uma das redes de pontos a tensão aplicada na interface ponta-amostra tem sido variada. Assim, são mostrados os resultados para o caso de uma tensão contínua de 6, 8 e 10 V. Embora o processo de formação destas estruturas seja diferente dos pro- cessos realizados utilizando o sistema Nanoscope IIIa, já que o funciona- mento do microscópio possui algumas diferenças que foram comentadas previ- amente, este processo permite obter uma idéia clara da regularidade e repro- dutibilidade com que determinadas geometrias de óxido podem ser formadas em grandes quantidades.

Com a ajuda de um programa de análise de dados é possível quanticar tanto a profundidade quanto o volume para cada um dos pontos que confor- mam a rede. A partir desta informação são gerados uma série de histogra- mas como aqueles mostrados na gura 3.23, onde é realizada uma seleção

3.5 Análise Estatística do Processo 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 45 50 55 60 65 70 75 80 85 te n s ã o l im ia r, ( V ) umidade, (%) Si Ge

Figura 3.21: Tensão limiar como função da umidade do ar para substratos de Si e Ge.

e contagem para todos os orifícios fabricados em função do seu volume por exemplo. Um processo análogo é realizado no caso das profundidades destas estruturas.

A partir de esta informação, são obtidos valores médios de volume de 2.1×103 _{± 0.7×10}3_{, 3.6×10}4 _{± 0.1×10}4 _{e 1.0×10}5 _{± 0.6×10}5 _nm3 _{para o}

caso de uma tensão de 6, 8 e 10 V respectivamente. De forma similar, para o caso da profundidade destas estruturas obtém-se valores médios de 0.78 ± 0.01, 2.94 ± 0.06 e 5.3 ± 0.1 nm para 6, 8 e 10 V.

µµµµ

µµµµ µµµµ

Figura 3.22: (a) Tensão aplicada de 6 V, (b) Tensão aplicada de 8 V, (c) Tensão aplicada de 10 V. Se indicam, alguns dos pontos utilizados para a realização da análise estatística.

3.5 Análise Estatística do Processo 0 1 2 3 4 5 6 1000 104 105 5 6 7 8 9 10 11 p ro fu n d id a d e , (n m ) v o lu m e , ( n m 3 ) tensão aplicada, (V) profundidade volume -5 0 5 10 15 20 100 1000 104 105 106 -5 0 5 10 15 20 100 1000 104 105 106 -5 0 5 10 15 20 100 1000 104 105 106

6V

8V

10V

volume (nm

₎

c

o

n

ta

g

e

m

Figura 3.23: (a) Histograma para a contagem dos orifícios fabricados em função do volume (b) Valores médios obtidos para o volume e profundidade das estruturas em função da tensão aplicada.

Fabricação do Dispositivo

Nesta etapa do projeto pretende-se desenvolver e implementar uma série de ferramentas necessárias para a fabricação de um dispositivo capacitor.

O objetivo fundamental de se construir este dispositivo está ligado à po- ssibilidade de estabelecer as condições requeridas para realizar medidas de transporte sobre um número pequeno de pontos quânticos, uma das perspec- tivas desta tese.

Uma vez que têm sido quanticadas e estudadas as diferentes variações no processo de oxidação provocadas por causa dos parâmetros de controle mencionados antes, é possível então a implementação destes processos de litograa no desenho e fabricação de dispositivos eletrônicos.

Como parte dos métodos para desenvolver os processos de fabricação dos dispositivos, mostram-se neste capítulo duas técnicas para denição de padrões. Primeiro em escala micrométrica, através de processos de litograa ótica convencional, e posteriormente em escala nanométrica, através da lito- graa por oxidação anódica seletiva utilizando o microscópio de força atômica. Nesta última se introduz uma estrutura de duas camadas: polímero-semi- condutor (PMMA-Ge) ou polímero-metal (PMMA-Mo), implementada como máscara litográca ou resist que permite a transferência direta ou indireta de padrões no substrato ou amostra, como será indicado nas próximas seções.

4.1 Introdução: descrição do processo

A fabricação é realizada em duas etapas, uma para denição de estruturas em escala microscópica mediante processos de fotolitograa convencionais,

4.1 Introdução: descrição do processo

como no caso dos contatos elétricos, e nalmente uma etapa de litograa por oxidação local de AFM para denir os dispositivos em escala nanométrica. Indicam-se na gura 4.1 os diferentes passos a serem realizados para o pro- cessamento deste dispositivo.

A estrutura da amostra a ser utilizada é mostrada na gura 4.1(a), esta é um substrato de GaAs semi-isolante, com uma camada de dopantes tipo-n, o qual possui uma camada de pontos quânticos.

Inicialmente, o dispositivo deve ser isolado do resto da amostra, para isto, são fabricadas estruturas de mesas no substrato de GaAs implementando um processo de corrosão por via úmida, como se indica em (b). Detalhes sobre a fabricação das mesas e corrosão por via úmida são tratados posteriormente. Nas seguintes etapas, são realizados processos de litograa convencional para a denição dos contatos elétricos, primeiramente o contato ôhmico (c), que permite a ligação elétrica com os dopantes do material, e posteriormente o pad de Au para soldagem (d).

Uma vez nalizadas estas etapas do processo, é requerida a denição do dispositivo em escala nanométrica. São propostas aqui duas técnicas para a realização deste processo através de litograa por oxidação local de AFM. A primeira consiste na denição direta do contato elétrico através de oxidação de um lme no metálico, evaporado sobre a estrutura obtida na gura 4.1. A segunda consiste da denição de forma indireta do contato utilizando uma es- trutura resist de duas camadas, denida por oxidação anódica local , seguido de um processo de corrosão por via seca através do sistema de RIE, para a posterior metalização do contato elétrico.

Finalmente, na gura 4.2 mostra-se de forma geral a forma do dispositivo a ser fabricado. Em (a), a mesa e os diferentes contatos elétricos realizados mediante os processos descritos de litograa convencional e litograa por oxidação anódica local de AFM. Detalhes sobre a formação do contato ôhmico e a mesa de GaAs serão descritos nas seções sobre RTA e ataque químico por via úmida respectivamente. Em (b), indica-se uma seção transversal do dispositivo. Na região indicada em vermelho podem ser apresentadas correntes de fuga no dispositivo devido ao contato da estrutura denida por AFM e a camada de dopantes, esta será controlada diminuindo as dimensões do contato elétrico fabricado através de litograa de AFM.

GaAs semi-isolante

dopantes

QD´s

(a)

(b)

(c)

(d)

Figura 4.1: Diferentes etapas para a denição de estruturas em escala microscópica na fabricação do capacitor, (a) Estrutura da amostra, (b) Corrosão por via úmida para isolação das mesas, (c) Denição do contato ôhmico, (d) Denição de pad de soldagem.

4.2 Denição de Estruturas Microscópicas