Engineering of silicon nanostructures via solid state dewetting

The aim of this thesis has been the study of dewetting phenomena on semiconductor thin films and their application to realize a simple device working as a field-effect-transistor. The specific objective of the work was to verify how dewetting phenomena on a pre-patterned substrate can be controlled and used for nano and microfabrication of highly repeatable structures, whose shape and size can be predicted through simulations. Specifically, a thin silicon-on-insulator substrate has been initially used, on which templated patches and trenches of variable shapes and areas were produced by e-beam lithography and dry etching techniques. Then, the patterned samples have been annealed at different temperature and times to activate the dewetting process and, finally, characterized by scanning electron and atomic force microscopies. The dewetted structures have been doped with the spin-on-dopant process and metallic pads have been subsequently deposited in order to perform electrical measurements on the device. The dewetting process has been found a good alternative to the traditional methods to realize similar Si-based structures.

Scopo di questa tesi di laurea magistrale è stato lo studio dei fenomeni di dewetting su film sottili semiconduttori e la loro applicazione per la realizzazione di un semplice device come field-effect-transistor. Obiettivo specifico del lavoro è stato quello di verificare come fenomeni di dewetting su un substrato opportunamente pre-patternato possano essere controllati ed utilizzati per la nano e microfabbricazione di strutture altamente ripetibili, la cui forma e dimensione possono essere predetti tramite simulazioni e poi realizzati attraverso l’utilizzo combinato di tecniche di litografia e trattamenti termici. Nello specifico, si è inizialmente utilizzato un substrato sottile di silicio su isolante (silicon on insulator), su cui, tramite litografia e-beam e tecniche di dry etching sono state prodotte templated patches e trenches di forme ed aree variabili. I campioni così prodotti sono stati sottoposti ad un processo di annealing per attivare il fenomeno di dewetting controllato, di cui sono stati studiati i principali parametri. Le strutture dewettate così ottenute sono state drogate con la tecnica spin-on-dopant e dei pads metallici sono stati successivamente depositati al fine di effettuare misure elettriche sul device ottenuto. Si è quindi dimostrato come questa tecnica sia una valida alternativa all’approccio classico per realizzare strutture elettriche.