一种新型SOI结构——SiGe-OI材料研究进展

SOI(silicononinsulator ,绝缘层上的硅 )技术和SiGe(silicongermanium ,锗硅 )技术都是微电子领域的前沿技术 .SiGe-OI(SiGe -on -insulator ,绝缘层上的锗硅 )新型材料是最近几年来才出现的一种新型SOI材料 ,它同时具备了SOI技术和SiGe技术的优势 ,因而成为当前微电子研究领域的最前沿课题之一 .文章结合中国科学院上海微系统与信息技术研究所的工作 ,综述了SiGe-OI材料研究情况和应用前景 ,详细介绍了其主要的制备方法 ,最后报道了作者在SiGe -OI材料研究上的一些实验结果 .     

一种新型SOI结构——SiGe-OI材料研究进展

SOI（silicon on insulator，绝缘层上的硅）技术和SiGe（silicon germanium，锗硅）技术都是微电子领域的前沿技术，SiGe-OI（SiGe-on-insulator，绝缘层上的锗硅）新型材料是最近几年来才出现的一种新型SOI材料，它同时具备了SOI技术和SiGe技术的优势，因而成为当前微电子研究领域的最前沿课题之一。文章结合中国科学院上海微系统与信息技术研究所的工作，综述了SiGe－OI材料研究情况和应用前景，详细介绍了其主要的制备方法，最后报道了作才在SiGe－OI材料研究上的一些实验结果。     

基于锗硅芯片的光电子学前景与挑战

作为微电子材料,硅具备许多优良的电学特性．采用硅材料的器件集成度能够比其他材料高几个数量级。然而．硅是一种间接带隙材料,其光学跃迁过程会引入大量低能的声子造成跃迁几率很低．导致其光学特性（发射与吸收）远不如Ⅲ/Ⅴ族半导体材料。     

微纳混合结构黑硅的制备及其关键工艺技术讨论

黑硅是一种能大幅提高器件光电转换效率的新型电子材料,微纳混合结构黑硅是一种比普通黑硅材料更高效的新型黑硅材料,如何制备出大面积、形貌特征好、表面洁净度高的黑硅材料是制备高效的黑硅太阳能电池的前提。首先,利用湿法腐蚀方法,通过设计合适的反应固体装置和良好的工艺控制手段,在金字塔硅表面制备了大面积的微纳混合结构黑硅;然后,对其制备的关键工艺技术进行了研究讨论。实验结果表明,该方法制备的微纳混合结构黑硅具有形貌特征好、表面洁净度高和低表面反射率等特征。有效去除表面银沉积物后,该黑硅在300~1 100 nm范围内的加权平均反射率低至4.06%。该制备工艺方法适用于大面积高效微纳混合结构黑硅的规模制备,在高效黑硅太阳能电池领域具有重要的应用价值。     

石墨烯应用于GaN基材料的研究进展

石墨烯具有优异的光学、电学、机械等特性,被视为新型材料的突破口;GaN基材料具有直接宽禁带、热稳定性强、高功率等性质,已经成为"继硅之后最重要的半导体材料"。将石墨烯与GaN基宽禁带半导体材料相结合,发挥两种材料体系的优势,将为光电子、微电子器件的发展带来新的契机。关于石墨烯与GaN基材料相结合的研究目前已经有所突破,本文简要概述了近年来石墨烯与GaN基材料接触机理方面和石墨烯应用于GaN基材料器件方面的进展状态。     

硅基发光材料研究进展

微电子技术是高技术中的关键技术，硅是微电子技术的基础材料，但是硅是一种非发光材料，为了发展光电集成技术，必须大力发展硅基发光材料，多孔硅是一种有希望的硅基发光材料，它表明纳米晶粒中的量子限制效应对光发射是极有效的，随之涌现出一系列量子限制硅基发光材料，为发展光电子集成提供了新的途径。     

相变域硅薄膜材料的光稳定性

采用RF-PECVD技术，通过改变反应气体的硅烷浓度制备了一系列不同晶化率不掺杂的硅薄膜材料，研究了工艺变化对材料结构的影响及材料光电特性同微结构的关系.随后进行了光衰退试验，在分析光照前后光电特性变化规律的基础上，认为材料中的非晶成分是导致材料光电特性衰退的主要原因.在靠近过渡区非晶一侧的硅材料比普通非晶硅稳定，衰退率较少；高晶化率微晶硅材料性能稳定，基本不存在光衰退；在靠近过渡区微晶一侧的硅材料虽然不是完全不衰退，但相比高晶化率硅材料来说更适合制备高效微晶硅电池. 关键词： 射频等离子体增强化学气相沉积 硅薄膜 Staebler-Wronski(SW)效应 稳定性     

硅尖阵列的制备及其在真空微电子加速度计中的应用（英文）

针对微电子器件,提出了一种简单、低成本、便于批量加工的硅尖阵列制备方法。分析了各向异性和各向同性湿法腐蚀的特点,研究了不同腐蚀液中硅尖的形成机理和腐蚀速率,采用扫描电子显微镜(SEM)观测硅尖形貌。结果表明:在质量分数40%KOH腐蚀液中添加I2和KI,显著减小了削角速率,得到了呈"火箭尖"的硅尖阵列。各向同性腐蚀采用HNA腐蚀液,腐蚀的硅尖呈埃菲尔铁塔形。通过调整腐蚀液配比,氧化锐化后,硅尖尖端曲率半径小于15nm。该硅尖阵列已成功应用于真空微电子加速度计之中。     

石墨烯-硅基混合光子集成电路

近年来硅基光子学已经慢慢走向成熟,它被认为是未来取代电子集成电路,实现下一代更高性能的光子集成电路的关键技术.这得益于硅基光子器件与现代的互补金属氧化物半导体工艺相兼容,能够实现廉价的大规模集成.然而,由于受硅材料本身的光电特性所限,在硅基平台上实现高性能的有源器件仍然存在着巨大挑战.石墨烯-硅基混合光子集成电路的发展为解决这一问题提供了可行的方案.这得益于石墨烯作为一种兼具高载流子迁移率、高电光系数和宽带吸收等优点的二维光电材料,能够方便地与现有硅基器件相集成,并充分发挥自身的光电性能优势.本文结合我们课题组在该领域研究的一些最新成果,介绍了国际上在石墨烯-硅基混合光子集成电路上的一些重要研究进展,涵盖了光源、光波导、光调制器和光探测器四个重要组成部分.     

多孔硅材料光学Anderson局域的研究

本文基于Anderson局域效应和有限时域差分(FDTD)计算方法,对具有一定无序性的多孔硅材料内光的横向局域进行了理论分析,考察了不同无序度、孔洞排列的不同方式对硅材料光学性质的影响。计算结果表明,多孔硅内光的行为和多孔硅的结构参数有很大关系。当结构参数合适时,光束可以呈现比较明显的横向局域效果。适当改变材料中孔道的排列方式,可以有效的调节光在材料中的传播方式与局域效果。设计了具有"边墙"效果的孔洞排列方式,不仅能够固定光斑的位置,而且还可实现光束的局域增强效果。     

硅尖阵列的制备及其在真空微电子加速度计中的应用

针对微电子器件,提出了一种简单、低成本、便于批量加工的硅尖阵列制备方法。分析了各向异性和各向同性湿法腐蚀的特点,研究了不同腐蚀液中硅尖的形成机理和腐蚀速率,采用扫描电子显微镜（SEM）观测硅尖形貌。结果表明:在质量分数40%KOH 腐蚀液中添加I2和 KI,显著减小了削角速率,得到了呈火箭尖的硅尖阵列。各向同性腐蚀采用HNA腐蚀液,腐蚀的硅尖呈埃菲尔铁塔形。通过调整腐蚀液配比,氧化锐化后,硅尖尖端曲率半径小于15 nm。该硅尖阵列已成功应用于真空微电子加速度计之中。     

激光等离子体效应对硅表面损伤特征的影响

硅材料作为光电探测器的基础材料,研究其在强激光辐照下的损伤问题在激光探测、国防领域很有意义。对高强度纳秒激光作用下硅表面的损伤形貌特征进行了研究,结果表明:激光等离子体的热效应及冲击波效应,使激光作用区域内的物质迅速向外飞溅,形成点坑,并在点坑周围形成辐射状冷却物;散射光与入射激光干涉产生形成周期性分布的热应力使得硅材料表面张力发生变化,冷却后会在坑底表面产生周期性结构;从激光等离子体的光谱中可以发现N,O和Si的特征光谱,在重复激光脉冲作用下会在硅表面上覆盖一层导致色变的SiOx和SiNx复合薄膜,是激光等离子体的喷射产物。     

全硅光子晶体波导中二次谐波产生及影响因素

硅材料是半导体微细加工工艺中的常用材料,属于m3m对称点群,通常无法实现二次谐波产生,导致光子系统芯片中的非线性组件集成困难.提出一种在硅材料中可以实现二次谐波产生光子晶体波导结构.首先给出该波导结构的组成及其基本原理,然后讨论谐波产生的计算模型和计算方法,最后给出针对10.6 μm波长而设计的全硅二维光子晶体波导具体结构参数,以有限时域差分算法为基础,计算分析了谐波产生情况.研究结果表明:该结构利用光子晶体带隙边缘效应增强了硅材料的电四极极化强度从而实现二次谐波产生,在完全相位匹配条件下,当抽运波强度为1.3 MW/mm2时,转换效率为0.2%.最后,对影响谐波转换效率的因素进行了初步分析.     

高铬铸铁抗磨材料的开发

高铬铸铁抗磨材料是目前适应市场需求且具有相当好应用前景的一种新型材料。研究发现，不同的工况对于材料的硬度、冲击韧度、抗弯性能性生能要求差别很大，而抗磨材料的使用工况具有很大的差异，因此不可能采用一种材料来生产抗磨材料产品，惟一可行的方法就是设计生产出一系列不同性能的产品，以适应相应工况下工件的性能要求。     

激光烧蚀硅过程中的元素沉积规律

激光在半导体加工行业(特别是硅材料)具有广阔的应用前景。激光与硅作用过程极其复杂,本文主要研究了紫外激光脉冲对硅进行烧蚀的形貌特征以及环境气体的影响。研究表明,紫外激光烧蚀硅产生激光等离子体的电离效应对烧蚀特性起了决定性的影响：气化、电离物的产生为材料的去除提供了条件,同时激光等离子体冲击波会把相变材料有效排出,激光等离子体光谱的电离效应则把空气中的氧元素有效电离并沉积到烧蚀产物中。     

不同沉积温度下非晶硅光学薄膜的光学特性研究

光学薄膜的光学特性是薄膜设计与制备的基础。硅材料是红外光学薄膜中一种重要的高折射率材料。研究了在不同沉积温度下非晶硅光学薄膜的折射率和消光系数的变化。结果表明,在200℃时,硅薄膜折射率最大,消光系数随温度升高而减小。     

激光安全与防护

叙述了激光与材料相互作用过程中引起相干受激光散射的机制,以及形成材料表面波纹的特性。在激光波长1.06拌m、能量15 mJ、光斑直径2 mm、脉冲半峰全宽约10ns和人射方向为布儒斯特角的条件下,进行了脉冲激光辐照硅材料形成表面波纹的实验研究。在脉冲激光辐照硅材料表面功率密度略大于材料损伤闭值的条件下,发现了硅材料表面形成的平行等间距直线条纹结构。用光学显微镜和原子力显微镜分别测量了被辐照硅材料表面的波纹形貌特征。在假设硅     

硅片制备中的损伤问题

单晶硅是目前制造半导体器件、集成电路的最重要的基本材料.但是,利用硅单晶来制造器件,必须经过切片、磨片、抛光等多道工艺,把它加工成符合要求的单晶硅片.这些要求包括:表面高度平整光洁,几何尺寸均匀,有精确的晶向,表面无任何的微小损伤. 七十年代,硅材料方面的大量工作在于从科学上弄清材料的性能.对于材料缺陷的研究,也主要在于研究晶体生长时存在于晶体内的缺陷,即原生缺陷.随着对材料性能和器件工艺问题的深入研究,人们发现,在器件工艺过程中还会诱生大量的缺陷,即所谓二次缺陷如氧化层错、外延层错、位错等.这些缺陷的出现,一方面…     

基于智能剥离技术的SOI材料制备

优化了硅片低温直接键合与智能剥离技术的工艺流程，在550℃，2.1×10^-2 Pa条件下制备了SOI材料，其顶层单晶Si膜的表面粗糙度为8.5 nm，缺陷密度为90 cm^-2，键合强度达到153.7 kg/cm²，形成的SOI结构除了可以形成三维集成电路中有源层间良好的绝缘层，避免了高温过程对有源层器件结构、材料及性能的影响，还能为三维集成电路后续有源层的制造提供高质量的单晶硅材料. 关键词： 绝缘体上硅 智能剥离 低温直接键合     

优质半导体Si材料的外延生长——在Si上外延生长用于光和电子器件的Ge-Si合金及金属硅化物

自从五十年代人们发明了晶体管以来,硅单晶一 直在现代微电子技术中担当主角.但在未来微电子技 术的发展中,Si的地位将有可能不断下降.这是由Si 本身的性能造成的:Si的载流子迁移率、载流子饱和 漂移速率都小于GaAs,Si集成电路的运算速度远慢于 GaAs集成电路.又由于Si属间接能隙材料,它在发光 和光探测器件中的应用受到限制.因此,Si似乎与未 来的光集成电路无缘,但Si具有资源丰富、加工容易 的优点.Si的氧化物SiO2是性能优异的绝缘材料,在 集成电路的制造中有独特的优势.要扬长避短,发挥Si的优势,必须在Si的基础上开发高性能的新材料…