論文の概要: A model for atomic precision p-type doping with diborane on Si(100)-2$\times$1

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2010.00129v1
• Date: Wed, 30 Sep 2020 22:22:04 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-30 14:00:32.551496
• Title: A model for atomic precision p-type doping with diborane on Si(100)-2$\times$1
• Title（参考訳）: Si(100)-2$\times$1上のジボランを用いた原子精度p型ドーピングモデル
• Authors: Quinn Campbell, Jeffrey A. Ivie, Ezra Bussmann, Scott W. Schmucker, Andrew D. Baczewki, Shashank Misra
• Abstract要約: 我々は,Si(100)-2$times$1表面への吸着後,電気的に活性な置換ホウ素として含有するジボランの反応経路を計算した。 その結果,ジボランの二量体の性質は本質的にドーピング密度をアクセプター前駆体として制限していることが示唆された。 これは、ジボランが原子精度のアクセプター前駆体として機能するのに対し、他の非二量化アクセプター前駆体は低い温度で高い取り込み率をもたらす可能性があることを示唆している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Diborane (B$_2$H$_6$) is a promising molecular precursor for atomic precision p-type doping of silicon that has recently been experimentally demonstrated [T. {\v{S}}kere{\v{n}}, \textit{et al.,} Nature Electronics (2020)]. We use density functional theory (DFT) calculations to determine the reaction pathway for diborane dissociating into a species that will incorporate as electrically active substitutional boron after adsorbing onto the Si(100)-2$\times$1 surface. Our calculations indicate that diborane must overcome an energy barrier to adsorb, explaining the experimentally observed low sticking coefficient ($< 10^{-4}$ at room temperature) and suggesting that heating can be used to increase the adsorption rate. Upon sticking, diborane has an $\sim 50\%$ chance of splitting into two BH$_3$ fragments versus merely losing hydrogen to form a dimer such as B$_2$H$_4$. As boron dimers are likely electrically inactive, whether this latter reaction occurs is shown to be predictive of the incorporation rate. The dissociation process proceeds with significant energy barriers, necessitating the use of high temperatures for incorporation. Using the barriers calculated from DFT, we parameterize a Kinetic Monte Carlo model that predicts the incorporation statistics of boron as a function of the initial depassivation geometry, dose, and anneal temperature. Our results suggest that the dimer nature of diborane inherently limits its doping density as an acceptor precursor, and furthermore that heating the boron dimers to split before exposure to silicon can lead to poor selectivity on hydrogen and halogen resists. This suggests that while diborane works as an atomic precision acceptor precursor, other non-dimerized acceptor precursors may lead to higher incorporation rates at lower temperatures.
• Abstract（参考訳）: ジボラン (B$_2$H$_6$) は、最近実験的に実証されたシリコンの原子精度p型ドーピングの前駆体である。 {\v{S}}kere{\v{n}}, \textit{et al.,} Nature Electronics (2020)] 密度汎関数理論(DFT)を用いて,Si(100)-2$\times$1表面への吸着後,電気的に活性な置換ホウ素として含める種にジボランを解離させる反応経路を決定する。 我々の計算では, ジボランは吸着に対するエネルギー障壁を克服し, 実験により得られた低粘着係数 (<10^{-4}$) を室温で説明し, 吸着率を高めるために加熱が有効であることが示唆された。 粘着すると、ジボランは2つのBH$_3$フラグメントに分裂し、水素を失うだけでB$_2$H$_4$のような二量体を形成する確率が$\sim 50\%である。 ホウ素二量体は電気的に不活性である可能性が高いため、後者の反応が起こるかどうかは、導入速度の予測である。 解離過程は大きなエネルギー障壁によって進行し、導入には高温の使用が必要となる。 dftから計算したバリアを用いて,初期不働態化形状,線量,アニール温度の関数としてホウ素の取り込み統計量を予測する速度論的モンテカルロモデルをパラメータ化する。 以上の結果から,ジボランの二量体性は本質的にドーピング密度を受容体前駆体として制限し,さらにシリコンへの曝露前にホウ素二量体を加熱すると水素やハロゲン抵抗に対する選択性が低下する可能性が示唆された。 これは、ジボランが原子精密受容体の前駆体として働くのに対して、他の非二量化受容体前駆体は低温でより高い結合率をもたらす可能性があることを示唆している。

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