纳米结构的硅绝缘材料(SOI)波导

介绍在纳米(亚微米)量级上的硅波导,包括其结构,性质,和与普通石英光纤相比的优点。再介绍在硅波导内的非线性光学过程(拉曼效应,四波混频,波长转换效应等),以及这些效应所带来的在光器件和技术上的进步。最后总结nm量级上的硅波导的研究现状以及发展潜力。

利用硅离子注入提高SOI材料的抗辐射性能

研究采用硅离子注入及高温退火的方法对SOI材料进行抗辐射加固．通过对比发现，制作在加固SOI衬底上的NMOS器件和CMOS反相器在总剂量辐射下性能恶化程度大大降低。陷阱电荷和界面电荷的分析解释了加固机理。结合实验结果和理论分析，证明硅离子注入能有效地加固SOI材料的抗辐射性能．

SOI高压LDMOS器件氧化层抗总电离剂量辐射效应研究

绝缘体上硅(SOI)高压横向扩散金属氧化物半导体(LDMOS)器件是高压集成电路的核心器件,对其进行了总电离剂量(TID)辐射效应研究。利用仿真软件研究了器件栅氧化层、场氧化层和埋氧化层辐射陷阱电荷对电场和载流子分布的调制作用,栅氧化层辐射陷阱电荷主要作用于器件沟道区,而场氧化层和埋氧化层辐射陷阱电荷则主要作用于器件漂移区;辐射陷阱电荷在器件内部感生出的镜像电荷改变了器件原有的电场和载流子分布,从而导致器件阈值电压、击穿电压和导通电阻等参数的退化。对80 V SOI高压LDMOS器件进行了总电离剂量辐射实验,结果表明在ON态和OFF态下随着辐射剂量的增加器件性能逐步衰退,当累积辐射剂量为200 krad(Si)时,器件的击穿电压大于80 V,阈值电压漂移为0.3 V,器件抗总电离剂量辐射能力大于200 krad(Si)。

超薄顶硅层SOI基新颖阳极快速LIGBT

提出一种利用浅槽隔离(STI)技术的超薄顶硅层绝缘体上硅(SOI)基新颖阳极快速横向绝缘栅双极型晶体管(LIGBT),简称STI-SOI-LIGBT。该新结构器件整体构建在顶硅层厚度为1μm、介质层厚度为2μm的SOI材料上,其阳极采用STI和p+埋层结构设计。新器件STI-SOI-LIGBT的制造方法可以采用半导体工艺生产线常用的带有浅槽隔离工艺的功率集成电路加工技术,关键工艺的具体实现步骤也进行了讨论。器件+电路联合仿真实验说明:新器件STISOI-LIGBT完全消除了正向导通过程中的负微分电阻现象,与常规结构LIGBT相比,正向压降略微增加6%,而关断损耗大幅降低86%。此外,对关键参数的仿真结果说明新器件还具有工艺容差大的设计优点。新器件STI-SOI-LIGBT非常适用于SOI基高压功率集成电路。

一种高温SOI硅压阻压力芯片的设计与仿真

本文设计了一种基于微机电系统(MEMS)技术的硅压阻式绝缘体上硅(SOI)高温压力传感器芯片。从可动膜片结构设计、关键尺寸计算以及有限元分析等方面考虑,对压力芯片可动膜片进行了结构优化;从压敏电阻条的注入位置、几何形状、器件噪声分析和计算等方面设计,最终确定可动膜片的边长为1000μm,膜厚为40μm,压敏电阻条的长度为160μm,宽度为5μm,R1和R3设计成"一"字形,R2和R4设计成"M"形。

热老化对不同封装形式SOI基压阻式芯片的影响

采用热老化的手段提高封装后芯片的输出稳定性及使用寿命,并对热老化温度与老化时间的匹配问题进行了研究。首先介绍了压阻传感器的老化机理,然后在不同温度下对同批次不同封装形式绝缘体上硅(SOI)基压阻芯片进行老化,并对芯片老化前后数据进行对比。结果表明,300℃加电老化情况下,芯片稳定输出的时间为12h,且老化后芯片的各项指标均有改善。在温度允许范围内,适当的老化温度可以使芯片达到稳定输出状态,提升工作效率的同时为优化SOI基压阻芯片的老化时间提供了参考。

SDB-SOI制备过程中工艺控制

SOI(Silicom-On-Insulator)晶圆是绝缘氧化物上有一层薄硅膜的硅晶圆。在SDB-SOI晶圆制备过程中,需要在进行晶圆键合、磨削、抛光等工序过程中,通过对键合空腔、顶硅厚度、顶硅TTV、顶硅形状、顶硅表面等参数的控制,可以降低后续工序加工难度,最终制备出高质量的产品。

基于MEMS工艺的SOI高温压力传感器设计

利用MEMS(微机电系统)工艺中的扩散,刻蚀,氧化,金属溅射等工艺制备出SOI高温压力敏感芯片,并通过静电键合工艺在SOI芯片背面和玻璃间形成真空参考腔,最后通过引线键合工艺完成敏感芯片与外部设备的电气连接。对封装的敏感芯片进行高温下的加压测试,高温压力测试结果表明,在21℃(常温)至300℃的温度范围内,传感器敏感芯片可在压力量程内正常工作,传感器敏感芯片的线性度从0.9 985下降为0.9 865,控制在较小的范围内。高温压力下的性能测试结果表明,该压力传感器可用于300℃恶劣环境下的压力测量,其高温下的稳定性能为压阻式高温压力芯片的研制提供了参考。

SOI微型电场传感器的设计与测试

该文研制了一种新型的基于SOI(Silicon-On-Insulator)微机械加工技术的高性能电场传感器敏感结构。为提高传感器的灵敏度和信噪比,该器件采用侧面屏蔽感应电极的独特设计方案,降低了传感器屏蔽电极的边缘效应;并基于有限元仿真,进一步优化了传感器敏感结构参数。在室温和室内大气压条件下,测试表明,测试量程0～50kV/m,传感器总不确定度优于2%,分辨率为50 V/m。

SOI材料和器件及其应用的新进展

综述了绝缘层上的硅(SOI)材料的新结构包括不同绝缘埋层和不同半导体材料结构的最新进展,介绍了SOI器的新结构和SOI器件在抗辐射电子学方面的应用,报道了国内在SOI技术的研发和产业化的最新动态。

一种SOI高温压力传感器敏感芯片

从传感器的受力结构、能量转化结构和金属引线三个方面对SOI压阻式压力传感器芯片进行高温设计,计算出每个因素所造成的影响并与外部气压对传感器造成的影响进行对比,并给出了压阻的工艺尺寸和掺杂浓度。通过工艺制备和封装,研制出耐高温压力传感器芯片,常温压力测试结果表明传感器敏感芯片在常温下灵敏度较高,非线性误差在0.1%以下,迟滞性小于0.5%。高温下的性能测试结果表明,传感器可以用于350℃恶劣环境条件下的压力测量,为压阻式高温压力芯片的研制提供了参考。

基于SOI的压电薄膜式水听器

针对目前压阻式水听器在工作时需要外加电源、对温度敏感以及制造过程复杂的问题,提出了一种以AlN为压电材料的压电薄膜式水听器。该水听器由带有上下电极的压电薄膜以及绝缘体上硅(SOI)衬底组成。根据理论计算和有限元仿真分析对水听器的结构参数进行了优化以满足其对水下低频声信号的探测需求,并对所设计的水听器进行了微纳尺度下的一体化加工。对所制造的水听器进行了形貌测试,并用激光多普勒测振仪测试了水听器的谐振频率,实验测得的谐振频率为0.516 MHz,与理论计算值0.531 MHz非常接近,验证了理论分析的正确性,为压电水听器的研究与应用提供了一定的参考价值。

一种基于SOI技术的MEMS电容式压力传感器

利用绝缘体上硅（SOI）技术研制了一种可以用于飞行高度测量、气象环境监测和医疗等领域的高精度微电子机械系统（MEMS）电容式压力传感器。利用有限元分析软件对传感器敏感结构进行了结构建模、静力和模态仿真分析。敏感结构为敏感电容和参考电容差动输出形式,可以有效减小温度漂移和重力误差对压力测量准确度的影响。比较了无岛和有岛两种敏感膜的性能差异。为了提高传感器性能,利用成熟的MEMS加工工艺制作了SOI敏感电容极板,并利用硅-硅键合工艺实现了真空腔体。传感器采用标准塑封封装后,采用高低温压力测量系统进行了性能测试。测试结果表明,传感器量程达到30-120 kPa,非线性0.04%-0.09%,分辨率1 Pa。

硅基集成电路的发展及其面临的挑战

文章跟踪微电子技术的发展对深亚微米各技术时代ULSI的发展历程中所遇到的一些材料、技术物理问题及研究成果进行综述评论,。这些问题包括Cu/低ε介质互连系统、CMOS器件运作的内在结构及电接触问题、高ε栅极氧化物材料、SOI、SiGe、SiGe-OI以及大直径硅单晶片等。微电子技术的发展已逼近微电子器件的物理极限,并将逐步发展到它的下一代——纳米电子器件,人类对物质世界的认识也将提高到一个新阶段。

SOI压阻传感器的阳极键合结合面检测

由于当前绝缘体上硅(SOI)压阻传感器芯片的封装质量仍依赖人工检测,本文提出了一种自动实现该项检测的视觉检测方法。分析了压阻传感器的工作原理,研究了芯片定位精度和结合面质量对传感器性能的影响。以传感器性能和质量为导向,提出了一种以中心定位偏差和键合面结合度为检测点的封装结合面检测方法。该方法通过对Hough圆检测效果和实际图像的分析完成定位精度的检测;基于对传感器质量影响因素的分析和气泡面积的统计实现结合面质量的检测。在传感器实际制造封装过程中对该视觉检测算法进行了实验验证。结果表明:该方法能识别的结合面上的最小气泡直径为6μm;玻璃内孔半径检测误差约为0.015mm.。本文提出的基于视觉检测的方法基本满足了压阻传感器封装对结合面检测的要求,有助于实现封装质量的自动化检测。

基于MEMS实现SOI压力传感器的工艺研究

应用压组效应原理制作硅氧化物绝缘体(SOI)压力传感器,具有耐高温、抗辐射、稳定性好等优点,本文说明了SOI在微电子机械系统(MEMS)技术上的实现优势,并对压力传感器SOI结构的实现工艺进行了探索性试验,完成了SOI压力传感器的设计和封装,在强调了压力传感器的测试方法的同时,对所设计的样品进行了测试。

SOI高温压阻式压力传感器的设计与制备

设计并制备了一种基于绝缘体上硅（SOI）材料、量程为5Pa～1．8MPa的压阻式压力传感器。在设计方面，通过有限元分析软件和经典理论相结合分析敏感膜片的力学性能和电学性能，得到敏感膜片的尺寸和表面电势的分布；在工艺方面，设计了基于标准微电子机械系统（MEMS）工艺的制作流程；在芯片的封装方面，为保证敏感芯片与外界的电气互连，采用了引线键合工艺，同时装配温度补偿电路和信号调理电路降低了传感器的温漂，保证传感器的输出。制备后的压力传感器在温度压力复合平台进行标定和温度测试，结果显示传感器在设计量程范围内具有较好的精度并且可在-50-205℃内稳定工作。

基于SOI岛膜结构的高温压力传感器

针对绝缘体上硅（SOI）压力传感器平模结构下压敏电阻所在区域应力跨度过大而导致的线性度降低问题,采用了岛膜结构改善敏感膜片表面的应力分布,使压敏电阻能够完全布置在应力集中区,从而提高传感器的灵敏度和线性度。使用有限元分析软件对岛膜结构进行力学性能分析,根据敏感膜片表面应力分布情况确定压敏电阻最优的位置分布,并完成敏感芯片的制备。对完成的敏感芯片进行封装并进行温度-压力的复合测试,测试结果表明在19~200℃、量程2 MPa范围内,该传感器有较高的灵敏度（0.055 mV/kPa）和线性度（0.995）。

硅基单电子晶体管的可控制备

采用电子束曝光、感应耦合等离子体刻蚀和热氧化等工艺技术,通过独特的图形反转设计,即在电子束曝光时采用负的曝光图形,并以电子束曝光的光刻胶作为掩膜进行干法刻蚀,通过后续的干法热氧化等工艺,在磷离子重掺杂的绝缘体上硅基底上成功地制备出单电子晶体管。该方法具有高精度、结构可控、可重复和加工成本低的优点,可作为一种批量制备单电子晶体管的工艺技术。所制备的单电子晶体管在2.6 K到100 K的温度范围内呈现出明显的库仑阻塞效应,导通电阻小于100 kΩ。该单电子晶体管将成为高速、高灵敏度射频电路的关键器件。

采用防Footing效应工艺加工的SOI微加速度计

为了解决深刻蚀绝缘体上硅(silicon on insulator,SOI)材料时存在的横向刻蚀(Footing)效应,在背腔释放SOI微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)工艺基础上,提出并实现了一种改进的利用背面保护电极抑制Footing效应的工艺方案.在SOI圆片上生长SiO2和Si3N4掩模材料并图形化后,背面腐蚀支撑层Si至掩埋层SiO2.去除掩埋层SiO2后,完成正面Al电极和背面保护Al电极的溅射.深反应离子干法刻蚀SOI圆片形成结构,再腐蚀背面Al薄膜完成结构释放.基于该工艺,对结构层厚度为80μm的采用双端固支梁的SOI微加速度计的结构进行设计与仿真、器件加工和最终的性能测试.加速度计在±1 g(g=9.8 m/s2)范围内的灵敏度和非线性度分别为106.7 mV/g和0.1%.实验结果表明,该改进工艺方案可以有效抑制Footing效应对器件结构的损伤,提高加工的可靠性.