tamanho do objeto espalhador (nm)

- a’ = 5,45 Å

- a’ = 5,40 Å - a’ = 5,50 Å fundo do pit

Figura 3.10: Rela¸c˜ao entre o tamanho de cada objeto espalhador (nm) deter- minado por varreduras angulares em incidˆencia rasante e sua altura h (nm) nas QDMs. A escala de cores indica a varia¸c˜ao local dos espa¸camentos de rede a’ no filme.

significativa dos ´atomos que constituem a WL e est˜ao distribu´ıdos pr´oximos `as ilhas. Acontece uma difus˜ao superficial significativa dos ´atomos de Ge e Si durante o crescimento epitaxial, que ´e respons´avel pela redistribui¸c˜ao de material observada. No cap´ıtulo 4, a influˆencia da difus˜ao na superf´ıcie e dos outros mecanismos envolvidos na forma¸c˜ao das ligas de GeSi ser˜ao discutidos em detalhes.

´

E importante salientar que o perfil de composi¸c˜ao aqui apresentado ´e uma ’fotografia instantˆanea’ dos processos de forma¸c˜ao e evolu¸c˜ao das QDMs. Como mencionado no in´ıcio deste cap´ıtulo, os pits podem relaxar a de- forma¸c˜ao da superf´ıcie do filme com mais eficiˆencia do que as pirˆamides[Tersoff1998, Huang2007]. ´E razo´avel, portanto, que as regi˜oes pr´oximas ao pit original sejam mais ricas em Ge, material com maior parˆametro de rede. `A medida que as QDMs desenvolvem-se, a composi¸c˜ao qu´ımica pode adquirir uma con- figura¸c˜ao meta-est´avel, situa¸c˜ao aqui apresentada.

0 20 40 60 80 100 concentração de Ge (%) a b - 1 - 2 - 0 ε(%) - 3 posição (nm) 0 20 40 60 a lt u ra (n m ) 0 10 20

Figura 3.11: (a) Perfil lateral de uma QDM representativa obtido por AFM mostrando a varia¸c˜ao local dos campos de deforma¸c˜ao ε (%). Note a co- existˆencia de materiais comprimido e relaxado. (b) Concentra¸c˜ao de Ge (%) em fun¸c˜ao da altura (nm) da QDM, composta a partir de medidas de GIXRD. - A regi˜ao com 5,420 < a’ < 5,442 ˚A foi desconsiderada no c´alculo da con- centra¸c˜ao de Ge;

- A largura-a-meia-altura do ajuste de uma gaussiana foi utilizado para esti- mar o tamanho do objeto espalhador L, uma vez que as oscila¸c˜oes secund´arias das varreduras angulares n˜ao foram observadas;

- L foi calculado assumindo que apenas o lado menor das ilhas que comp˜oem as QDMs contribu´ıam significativamente para o sinal espalhado medido.

Tendo em vista as aproxima¸c˜oes listadas acima, foi realizado um experi- mento de ataque qu´ımico seletivo para corroborar os resultados obtidos por GIXRD.

3.3

An´alise da composi¸c˜ao por ataque

seletivo

Com o intuito de verificarmos a consistˆencia das medidas de GIXRD, a amos- tra QDM foi submetida a um ataque qu´ımico seletivo usando 31 % H2O2 que

remove GexSi1−x para x > 0,65 (para maiores detalhes ver se¸c˜ao 2.3). Na

figura 3.12 s˜ao mostradas duas imagens de AFM da mesma regi˜ao da amostra (a) antes e (b) ap´os o ataque qu´ımico por dois minutos. O material preser- vado corresponde a uma liga de GeSi com concentra¸c˜ao de Ge inferior a 65

3 x 3 µµµµm2

b

a

50

100

150

200

250

-6

-4

-2

0

2

antes do ataque quím

após ataque quím

a

ltu

ra

(n

m

)

distância (nm)

e

c

d

Figura 3.12: Imagem de AFM (a) antes e (b) ap´os ataque qu´ımico com 31 % H2O2 por 2 minutos. Imagens com alta magnifica¸c˜ao para a mesma QDM

representativa (c) antes e (d) ap´os o ataque qu´ımico. (e) Perfil lateral da QDM em (c) e (d) ao longo da dire¸c˜ao [100].

%. Tomando o perfil lateral de uma mesma QDM representativa (c) antes e (d) ap´os o ataque qu´ımico [mostrado em 3.12(e)], vemos que a solu¸c˜ao re- move significativamente as paredes internas do pit. Este resultado est´a em ´otimo acordo com o mapa de composi¸c˜ao [figura 3.11(b)], deduzido a partir das medidas de GIXRD. Pode-se concluir que a difus˜ao na superf´ıcie que acontece durante o crescimento das QDMs resulta em nanoestruturas ricas em Si.

Sinopse do Cap´ıtulo

Este Cap´ıtulo tratou da determina¸c˜ao da composi¸c˜ao qu´ımica das QDMs de SiGe, estruturas formadas no limite cin´etico do crescimento a partir de um processo conhecido como nuclea¸c˜ao cooperativa. Este mecanismo sugere que a presen¸ca de um tipo de estrutura (ex: pits) pode reduzir a barreira de energia para a nuclea¸c˜ao de uma estrutura distinta (ex: ilhas) em um s´ıtio vi- zinho. A estreita distribui¸c˜ao de tamanhos e formas das QDMs, provenientes da competi¸c˜ao entre o crescimento dos pits e a evolu¸c˜ao das ilhas ao seu re- dor, tornam-nas promissoras como blocos para a constru¸c˜ao de dispositivos sofisticados, como um autˆomata celular[Gray2005].

Atrav´es de medidas de GIXRD, determinaram-se os mapas de composi¸c˜ao e de deforma¸c˜ao dos filmes de SiGe:Si(001) que constituem as QDMs. Os resultados obtidos est˜ao em ´otimo acordo com o experimento envolvendo um ataque qu´ımico seletivo. Regi˜oes comprimidas e relaxadas foram encontradas nas QDMs, em acordo com os CEFs[Gray2004] realizados para as mesmas estruturas. A concentra¸c˜ao de Ge nas QDMs varia significativamente da composi¸c˜ao nominal do filme (30 %), atingindo quase 100 % em algumas regi˜oes das QDMs, indicando uma redistribui¸c˜ao dos ad´atomos durante o crescimento das mol´eculas, atrav´es da difus˜ao na superf´ıcie. Finalmente, a existˆencia de uma regi˜ao rica em Ge, logo abaixo dos pits, sugere que o processo de forma¸c˜ao das QDMs seja realmente limitado pela cin´etica.

Apesar das an´alises de GIXRD terem sido simplificadas, tendo em vista a geometria complexa das nanoestruturas estudadas, o fenˆomeno essencial envolvido na forma¸c˜ao das QDMs foi inferido. Os resultados aqui apresen- tados est˜ao consistentes com os modelos te´oricos at´e ent˜ao propostos para a forma¸c˜ao das QDMs[Jesson1996, Huang2007].