Fabrication of Si and SiGe nanowires via solid state dewetting

Semiconductor nanowires exhibit superior and configurable electronic and optical properties. Today they are applied in many different fields such as in photonics, electronics, energy storage, sensing and much more. Due to their importance, many different fabrication methods have been proposed in order to achieve controlled production. The final scope of this thesis is to obtain monocrystalline atomically smooth faceted nanowires, exploiting the intrinsic instability of thin films. After annealing, thin films tend to retract, forming 3D islands, in a process known as agglomeration or solid state dewetting. By patterning the film it is possible to control this mechanism in order to obtain structures with precise size, position and crystallographic orientation. In this master thesis, first optimization of the annealing conditions on Si and SiGe flat sample on a layer of oxide has been performed. Then, in a second step, annealing on patterned Si and SiGe thin films on an oxide layer, created by mean of electron beam lithography and reactive ion etching has been carried out.

I nanowires di semiconduttori presentano eccellenti proprietà elettroniche e ottiche. Per questo motivo oggi hanno diversi campi di applicazione tra cui in fotonica, elettronica, nelle batterie e in sensoristica. A causa della loro importanza, diversi metodi di fabbricazione sono stati studiati per ottenere una produzione controllata. Lo scopo finale di questa tesi è realizzare nanowires monocristallini, sfaccettati e atomicamente lisci, sfruttando l'intrinseca instabilità dei film sottili. Infatti, dopo trattamento termico, questi tendono a ritrarsi, formando isole 3D, in un processo noto come agglomerazione o Dewetting allo stato solido. Patternando il film è possibile controllare questo meccanismo per ottenere strutture con dimensioni, posizione e direzione cristallografici precise. In questa tesi di laurea, è stata eseguita in un primo passaggio l'ottimizzazione delle condizioni di trattamento termico su campione di film sottili di Si e SiGe su ossido non patternati. In secondo luogo, film sottili di Si e SiGe su ossido patternati per mezzo di litografia a fascio di elettroni e successivamente tramite reactive ion etching, sono stati sottoposti a trattamento termico. In questo modo è stato possibile fabbricare nanowires caratterizzati da diverse dimensioni.