利用原子精度先进制造制备的多施主区块中的稳健掺入

原子精度先进制造能够在晶体 Si 中以 $\pm$1 晶格位点的精度放置施主原子。然而，最近研究表明，反应动力学可能引入不确定性，即单个施主是否会在最小的 3-二聚体光刻窗口中掺入。本工作中，我们探讨了随着此类窗口尺寸增大，光刻变异与随机动力学对 P 掺入的综合影响。我们扩展了一个描述 PH$_3$ 解离导致在 Si(100)-2$\times$1 上 P 掺入的动力学模型，以包含跨不同二聚体行的反应势垒。利用该模型，我们证明即使对于由 2$\times$3 个硅二聚体构成的窗口，至少一个施主掺入的概率也近乎为 1。我们还考察了光刻窗口尺寸的影响，发现当周长与面积之比趋近于零时，掺入比例饱和至类 $\delta$ 层覆盖。我们预测该掺入比例强烈依赖于前驱体剂量，且掺入数量的标差按 $\sim \sqrt{n}$ 缩放，正如一系列基本独立的掺入事件所预期。最后，我们表征了一组实验制备的多施主光刻窗口，并利用我们的动力学模型研究由观测到的光刻粗糙度引起的变异性，预测其对掺入统计的影响可忽略。我们发现模型与通过扫描隧道显微镜测量推断的这些窗口中的掺入结果高度吻合，表明原子精度先进制造对于多施主区块中图案化误差具有稳健性。