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Crescita epitassiale (MOVPE) di materiali a base di InP e studio degli effetti dell'impiantazione ionica di Fe

In seguito allo sviluppo delle tecniche avanzate di deposizione epitassiale (MOVPE, MOMBE, MBE), le leghe di semiconduttori composti III-V ricoprono oggi un ruolo fondamentale nell’ambito dell’elettronica e delle telecomunicazioni: si caratterizzano per l’elevata flessibilità nel campo applicativo e per la grande varietà dei processi fisici adatti allo sviluppo di dispositivi innovativi.
Ultimamente, data la necessità di produrre dispositivi operanti nelle finestre di lavoro delle fibre ottiche o dispositivi per l’elettronica veloce, la ricerca scientifica è orientata verso lo studio dei composti a base di InP, in quanto questi ultimi presentano minori problemi di reattività rispetto alle leghe in cui è presente l’alluminio.
Per ottenere dei dispositivi opto-elettronici da questi materiali, la regione attiva viene affiancata da regioni ad alta resistività mediante tecniche di attacco chimico selettivo (etching), dando vita a strutture sviluppate in altezza (mesa), che risultano però essere molto reattive. In alternativa si possono ottenere regioni semi-isolanti drogando i materiali con atomi che introducono trappole per i portatori all'interno della bandgap: per far questo si utilizzano tradizionalmente le tecniche all'equilibrio termodinamico, come la diffusione. Alternativamente alle tecnologie di equilibrio, può essere utilizzata l’impiantazione ionica: questa tecnica consente di impiantare metalli di transizione in concentrazioni superiori al limite di solubilità, ottenendo regioni semi-isolanti nettamente definite e uniformemente drogate anche in strati sepolti (da 0,5 a 1 μm).
Questo lavoro di tesi si propone di studiare il ruolo dell'impiantazione ionica di Fe nelle leghe ternarie, in particolare all’InGaP, materiale di interesse per le moderne applicazioni tecnologiche. Lo studio del comportamento del ferro impiantato e i meccanismi di attivazione elettrica e ottica destano interesse altresì per comprendere quali siano le caratteristiche di sistemi matrice-impurezza come l’InGaP, più complessi rispetto all'InP.

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1 Capitolo 1 Introduzione. In seguito allo sviluppo delle tecniche avanzate di deposizione epitassiale (MOVPE, MOMBE, MBE), le leghe di semiconduttori composti III-V ricoprono oggi un ruolo fondamentale nell‟ambito dell‟elettronica e delle telecomunicazioni: si caratterizzano per l‟elevata flessibilità nel campo applicativo e per la grande varietà dei processi fisici adatti allo sviluppo di dispositivi innovativi. Il gap proibito nella struttura a bande delle leghe III-V (compreso tra 0,18 e 2,42 eV) si accorda con il range di lunghezze d‟onda di interesse nel campo delle comunicazioni ottiche; inoltre il controllo della composizione chimica del drogaggio e delle dimensioni dello strato, assicurato dalle avanzate tecnologie di deposizione, consente di progettare a priori materiali con le caratteristiche necessarie per il dispositivo (“Band Gap Engineering”). Ultimamente, data la necessità di produrre dispositivi operanti nelle finestre di lavoro delle fibre ottiche o dispositivi per l‟elettronica veloce, la ricerca scientifica è orientata verso lo studio dei composti a base di InP, in quanto questi ultimi presentano minori problemi di reattività rispetto alle leghe in cui è presente l‟alluminio. Tra i dispositivi ottici di nuova generazione “InP-based” vanno citati: a) i laser di potenza Al-free InGaAs/InGaP/GaAs che emettono nel range dei 700-1000 nm; b) i VCSEL (Vertical cavità Surface Emitting Laser), basati su strutture InGaAsP/InP a confinamento quantistico, che emettono luce laser nelle finestre di lavoro delle fibre ottiche con potenze elevate e ridotte corenti di soglia (“threshold current”). Nel campo fotovoltaico, con la realizzazione di multi-giunzioni basate su InGaP e InGaAs si sono ottenute efficienze di conversione superiori al 30%. Nella micro-elettronica spiccano i transistor ad elevata mobilità (HEMT), che lavorano a frequenze vicine ai 350 GHz, composti da strutture InAlAs/InGaAs/InP cresciute al match reticolare. Nonostante la tecnica principe nella crescita di strati epitassiali ad elevata purezza e con interfacce nette sia l‟epitassia da fascio molecolare (MBE), essa presenta limiti nella crescita di materiali contenenti fosforo o su substrati InP. Tali limiti sono dovuti alla necessità di costose sorgenti solide di fosforo e all‟effetto memoria dei precursori nella

Tesi di Laurea

Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali

Autore: Stefano Rampino Contatta »

Composta da 155 pagine.

 

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Disponibile in PDF, la consultazione è esclusivamente in formato digitale.