采用低剂量H^+注入技术制备绝缘体上锗材料

利用离子剥离技术在Ge晶圆上制备绝缘体上锗(GOI)时,高剂量H+注入会导致Ge晶格损伤,而且剥离后Ge表面粗糙度较大。为了解决以上问题,在Si衬底上外延Ge/Si0.7Ge0.3/Ge异质结构代替纯Ge制备GOI,研究了异质结构样品有效剥离的临界H+注入条件和相应的GOI表面粗糙度。使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)对样品在H+注入和剥离后的裂缝形成过程、表面形貌、界面晶格损伤等进行观察和表征。实验结果表明,由于超薄Si0.7Ge0.3层对注入H+的吸附作用,剥离临界H+注入剂量由5.0×1016 cm-2下降到3.5×1016 cm-2,且在降低注入成本的同时也有效减少了H+注入对Ge晶格的损伤;由于剥离只发生在超薄Si0.7Ge0.3层,GOI表面粗糙度降低到1.42 nm (10μm×10μm)。该方法为制备高质量GOI材料提供了一种新思路。

上海微系统所锗辅助绝缘体上石墨烯材料生长研究获进展

近期，中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室SOI（绝缘体上硅）材料与器件课题组在绝缘体衬底上直接制备石墨烯研究方面取得新进展。制备绝缘体上石墨烯是推动石墨烯在微电子领域应用的重要基础条件，针对这一需求，SOI材料与器件课题组的研究人员使用锗薄膜做催化剂，通过化学气相沉积（CVD）方法成功在二氧化硅、蓝宝石、石英玻璃等绝缘衬底上制备出高质量单层石墨烯材料，并将其成功应用于除雾器等电加热器件。

选择性腐蚀Si_(1-x)Ge_x与Si制备绝缘体上超薄应变硅

基于应变硅以及绝缘体上超薄应变硅(SSOI)工艺,使用氢氟酸、硝酸和醋酸的混合溶液与质量分数为25%的四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液选择性腐蚀Si1-xGex与Si以制备绝缘体上超薄应变硅。研究了质量分数为0.5%～5%的HF和Si1-xGex中Ge的含量对选择性腐蚀的腐蚀速度与选择比的影响,优化了选择性腐蚀工艺。采用氨水、过氧化氢和水的混合溶液处理选择性腐蚀后的Si1-xGex与Si表面,得到了高应变度、高晶体质量的超薄SSOI。采用原子力显微镜(AFM)测试腐蚀速度以及腐蚀后的表面粗糙度;使用喇曼光谱仪表征Si1-xGex以及应变硅的组分以及应变度;使用透射电子显微镜(TEM)对SSOI的晶体质量进行了表征。结果表明,超薄SSOI的表面粗糙度(RMS)为0.446 nm,顶层Si的应变度为0.91%,顶层应变硅层厚度为18 nm,且具有高的晶体质量。

拓扑绝缘体Bi2Se3光电性能研究

文章基于分子束外延法(molecular beam epitaxy,MBE)制备高质量的硒化铋(Bi 2Se 3)薄膜,运用反射式高能电子衍射仪(reflection high-energy electron diffraction,RHEED)表征样品的生长质量。在Bi 2Se 3和Ge上将蒸镀铟(In)电极和银(Ag)电极分开,并将其制成肖特基结光电探测器,据此测量了样品在不同波长激光和不同温度下的光响应特性及低温对样品的影响,并通过计算样品的响应度、开关比、探测率等参数分析了拓扑绝缘体在光电探测方面的应用前景。

硅锗界面热应力的控制及晶圆级GeOI的制备

智能剥离技术是制备绝缘体上锗（GeOI）衬底的常用方法。然而,由于锗与硅之间的热膨胀系数相差较大,硅锗键合界面较大的热应力可能导致键合对裂片或者解键合。通过对硅锗异质键合对的热应力问题进行理论分析,建立了硅锗双平板热应力模型。提出4种抑制热应力的实验方案,并得出优化退火条件是解决热应力问题最有效的办法。采用智能剥离技术在优化退火条件下成功制备了4英寸（1英寸=2.54 cm）晶圆级GeOI衬底,转移的锗薄膜厚度偏差小于2%,均方根表面粗糙度低至0.42 nm,喇曼光谱显示转移的锗薄膜内残余应力较小,制备的GeOI衬底可以为后续高迁移率器件制备或硅基Ⅲ-Ⅴ族异质集成提供材料平台。

组分可控的浓缩法制备高锗组分SGOI的研究(英文)

高Ge组分的SiGe薄膜在应变硅、应变锗以及高速器件的应用前景十分广阔。本文以Si/SiGe/SOI(绝缘体上的硅)结构为初始样品,设计了系统性的氧化浓缩实验,通过大量的分析和参数调整,制备获得了不同组分比的绝缘体上锗硅(SiGe on insulator,SGOI)薄膜样品。结合X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)等测试手段表征了制备样品的晶格质量和元素组分,其中Ge组分最高达到80.5%。综合分析表明:在适当的条件下,Ge组分和浓缩时间线性关系明显,浓缩制备SGOI材料可以做到组分可控性,为相关的进一步研究提供便利。

不同直径张应变锗材料对光谱和晶体质量的影响

绝缘体上张应变锗材料是通过能带工程提高锗材料光电性能得到的一种新型半导体材料,在微电子和光电子领域具有重要的应用前景。采用微电子技术中的图形加工方法以及利用锗浓缩的技术原理,在绝缘体上硅(SOI)材料上制备了绝缘体上张应变锗材料。喇曼与室温光致发光(PL)测试结果表明,不同圆形半径的绝缘体上锗材料张应变均为0.54%。对于绝缘体上张应变锗材料,应变使其发光红移的效果强于量子阱使其发生蓝移的效果,总体将使绝缘体上张应变锗材料的直接带发光峰位红移。同时0.54%张应变锗材料的直接带发光强度随着圆形半径的增大而减弱,这主要是因为圆形半径大的样品其晶体质量较差。该材料可进一步用于制备锗微电子和光电子器件。

高性能波导集成型锗pin光电探测器的制备

采用CMOS兼容工艺,在绝缘体上硅（SOI）晶圆片上制备了高性能波导集成型锗pin光电探测器。该光电探测器锗区长度为15μm,宽度分别为1,2,3,4和5μm。光波导与探测器间的光耦合为倏逝波耦合。为了进一步提高探测器的性能,在结构设计上采用了聚焦耦合光栅及楔形耦合增强结构,在材料生长方面采用了选择性外延生长法,以提高锗的质量。通过暗电流、响应度、带宽及眼图测试对光电探测器性能进行了表征。测试结果表明在-2 V的反向偏压下,尺寸为15μm×4μm的光电探测器暗电流低至169 nA,其在波长1 530 nm处的最高响应度为0.43 A/W,3 dB带宽高达48 GHz并获得40 Gbit/s的清晰眼图。

基于应变锗的金属—半导体—金属光电探测器

通过对锗(Ge)半导体材料进行拉伸应变和n型掺杂,可以提高其电子迁移率和发光性能。将薄膜卷曲技术与微电子加工技术相结合,制备出悬浮的Ge微米带结构,实现了单轴和双轴2种不同的应变状态,并且可以通过调整光刻图案来控制Ge的应变状态和大小。利用这一方法,制备出了高性能双轴应变Ge对称型肖特基接触金属-半导体-金属(MSM)光电探测器。经测试,在1 V偏压和入射功率为1 000 nW的863 nm激光下,该探测器具有低至nA量级的暗电流和高达713的电流开/关比。该性能的实现主要是依赖于双轴应变和掺杂对Ge能带的修饰。研究结果展示了应变Ge在光电探测领域的优势,也证明了其在Si兼容光学通信设备中的应用潜力。

最新绝缘专利

电机绝缘用单组份环氧胶粘剂,绝缘材料及其制作方法,气凝胶／聚四氟乙烯复合绝缘材料,绝缘体上硅锗（SG01）和绝缘体上锗（GOI）衬底的制造方法，更韧的脂环族环氧树脂，聚对苯二甲酸丙二醇酯增强的树脂组合物,防污闪绝缘子,

中红外硅基光波导的发展现状

作为硅光子集成芯片中基本无源器件的硅基光波导是进行光信号传输的通道,其具有良好的性能,且与CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺相兼容因而得到广泛应用。用于电信和数据中心的硅光子集成电路已逐步走向商业化。近年来,中红外波段在自由空间通信、传感以及环境监测等领域的潜在应用受到研究者们的广泛关注。文中分析了中红外硅基光波导的研究现状,归纳了SOI(Silicon on Insulator)、GOSI(Ge-on-SOI)、SOS(Si on Sapphire)、GOS(Ge-on-Si)、SGOS(SiGe-on-Si)、SON(Si-on Si_(3)N_(4))、GON(Ge-on Si_(3)N_(4))等波导材料平台和SOPS(Si on Porous Si)、Undercut、Pedestal、Freestanding、Suspended、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)以及等离子体结构等制造工艺平台的研究成果。迄今为止,多数单晶硅在MIR(Mid-Infrared)平台的传播损耗大约在0.7~3.0 dB·cm^(-1)。文中讨论并对比了不同类型波导的应用前景,为中红外硅基光波导的研发、应用和商业化提供了参考。

氧化增强注氧隔离工艺制备绝缘体上的硅锗

提出一种氧化增强注氧隔离工艺,在退火前氧化得到SiO2层,再进行高温退火得到绝缘体上的硅锗材料。经X射线摇摆曲线和拉曼测试发现所制备的绝缘体上的SiGe材料锗含量没有发生损失,且应变弛豫完全。透射电镜和二次离子质谱分析结果显示样品多层结构清晰,埋氧层质量完好、平整度高、无不连续、无硅岛。研究表明,氧化增加工艺的引入是绝缘体上的硅锗材料锗质量提高的关键。

高k栅介质小尺寸全耗尽绝缘体上锗p型金属氧化物半导体场效应晶体管漏源电流模型

通过求解沟道的二维泊松方程得到沟道表面势和沟道反型层电荷,建立了高k栅介质小尺寸绝缘体上锗(Ge OI)p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)的漏源电流解析模型.模型包括了速度饱和效应、迁移率调制效应和沟长调制效应,同时考虑了栅氧化层和埋氧层与沟道界面处的界面陷阱电荷、氧化层固定电荷对漏源电流的影响.在饱和区和非饱和区,漏源电流模拟结果与实验数据符合得较好,证实了模型的正确性和实用性.利用建立的漏源电流模型模拟分析了器件主要结构和物理参数对跨导、漏导、截止频率和电压增益的影响,对Ge OI PMOSFET的设计具有一定的指导作用.

SOI-纳米技术时代的高端硅基材料

绝缘体上硅(SOI)是纳米技术时代的高端硅基材料。详细介绍了SOI在半导体技术领域中的应用,以及近年来为满足SOI的特殊应用要求研发的多种SOI新材料及其制备技术;综述了绝缘体上应变硅(sSOI),绝缘体上锗(GOI)等SOI技术的现状和发展动向;最后,对SOI技术的发展前景进行了展望。

高质量超薄SGOI衬底材料的制备新方法

绝缘体上的锗硅(SiGe-On-Insulator,SGOI)材料不仅是高迁移率新型沟道材料应变硅的良好衬底,其本身也是一种极具潜力的高迁移率衬底材料.Ge浓缩是获得高Ge组分、高质量SGOI的最优制备方法之一,传统Ge浓缩工艺在实验中得到改进,在高纯N2气氛中,进行了1000℃的后退火以改善所得SGOI中Ge元素的分布.实验制备了三种后退火条件下的Ge浓缩样品以作对比,并在三种样品上分别外延了20 nm厚的顶层Si以进一步确定所得SGOI材料性能.实验结果发现,三种样品表面平整度并无太大差别,而使用了改进后退火工艺的样品具有最好的Ge组分均匀性和最低的缺陷密度.同时,改进后退火工艺的样品上外延所得顶层硅具有最大的应变值,而Si/SiGe界面处Ge的组分是顶层硅应变度的决定性因素之一.

微纳米SiGe-SOI弯曲波导的设计

在绝缘体上硅(Silicon-on-insulator,SOI)材料的基础上,建立了SiGe-SOI微纳米尺寸的光波导结构模型,选取了损耗较小的S型SiGe-SOI弯曲光波导进行设计,并对其直波导和弯曲波导的模场进行了分析。设计中采用保角变换和三维全矢量BPM算法相结合的方法,对SiGe-SOI弯曲光波导进行了弯曲损耗分析,得到了弯曲半径对弯曲损耗的影响,给出了影响微纳米SiGe-SOI弯曲光波导设计的敏感参数。最后根据理论分析的结果,绘制了不同宽度的光波导版图,制作了微纳米SiGe-SOI弯曲光波导,并对其进行了测试分析,最终实验结果与理论分析一致,从而验证了该设计方法和理论分析的正确性。

GSMBE外延生长SGOI材料的退火行为

在SIMOXSOI超薄硅衬底上外延生长了高质量SiGe合金薄膜来制备SGOI(SiGeoninsulator)样品,并研究了其在1050℃氧化气氛中的高温退火行为.用Raman,DCXRD,RBS和光学显微镜等分析手段对SGOI样品在退火前后的性能进行了表征.分析结果表明:SGOI样品表面的穿透位错密度约为5×105cm-2;高温退火处理可以促进SGOI样品中异质外延生长SiGe合金薄膜的弛豫化和超薄Si夹层向SiGe合金薄膜的转化,进一步提高SiGe薄膜的晶体质量,并且有助于获得高Ge组分的SGOI材料.

氧化浓缩法制备SGOI材料

利用SiGe/SOI材料的高温常压氧化技术,研制了SGOI材料。通过透射电镜和Raman光谱分析,获得了SGOI材料的微结构和成份特性。实验结果表明,经过高温氧化,原来的SiGe/SOI材料中的SOI层转变成SiGe层,SiGe层的成分分布均匀,并且通过产生位错等缺陷释放应变,因而形成了具有高度弛豫SiGe层的SGOI材料。

硅集成电路用SiGe/Si异质结构材料及其制备技术

SiGe技术是微电子领域的前沿技术 ,在硅基集成电路方面有重要应用。介绍了SiGe/Si和SiGe OI两种SiGeSi异质结构材料 ,综述了这两种材料的制备技术和研究进展 ,讨论了SiGe异质结构材料应用于纳米集成电路等的应用前景。

纳米集成电路用硅基半导体材料

随着超大规模集成电路设计线宽向纳米尺寸过渡,对半导体硅材料的性能和参数提出了更加严格的要求。本文阐述了绝缘体上硅(SOI)和锗硅(SiGe)等主要硅基半导体材料的研究进展,讨论了这些材料应用于纳米集成电路和微电子、光电子器件的经济技术前景。