程莉莉[1]2000年在《宽禁带半导体材料—AIN薄膜的离子束合成与表征》文中研究表明氮化铝（AlN）是近年来广受人们重视的宽禁带半导体材料。它具有许多特殊的物理性能，因此，在许多方面已得到广泛应用或具有潜在的应用前景。AlN的主要优异性能如下： 氮化铝（AlN）是一种宽禁带的半导体材料，AlN晶体是一种透明、硬度高且化学稳定性好的化合物。在 300K时，直接带隙为628eV。其熔点超过2275K，具有许多有价值的物理性能，如：高热导率（32W/cmK~3）、高电阻率、高表面声波速度（V_R=6～62Km／s，V_L=11～12Km/s）和电机耦合系数（～1%）以及负电子亲和势（NEA）。AlN具有高击穿场强、高热导率、高电阻率和高化学稳定性及热稳定性。AlN还易与重要的宽禁带半导体材料SiC与GaN形成禁带宽度可调的固溶体以实现全色显示；或者作为缓冲层外延生长高质量的SiC和GaN薄膜。AlN冷阴极发射可用于大面积CPP（cathode per pixel，即每个像素对应一个阴极）显示器件。 我们利用反应离子束溅射和反应直流磁控溅射的方法在Si（100）及石英衬底上沉积了AlN薄膜。利用非卢瑟福背散射、俄歇电子能谱及X光电子能谱考察了薄膜组分及各成分元素的化学状态。原子力显微镜照片可用来考察薄膜表面形貌。我们也用X射线衍射谱对薄膜的晶体结构进行了研究。我们还利用四探针测量了不同组分的AlN薄膜的电阻；利用紫外一可见光透过谱估算了AlN薄膜的光学带隙；还对不同组分、不同形貌的电子场发射性能作了考察；我们又利用红外反射谱对薄膜的光学性能作了研究。 我们发现，反应离子束溅射中，离子束的能量对薄膜的结构性能非常重要。离子束能量的提高会引起离子束对铝靶的溅射率的提高，从而使薄膜组分发生变化，可能会使铝含量过量。又由于整个反应系统使用的能量并不高，衬底又未加热，一旦薄膜中的铝过量，这些铝原子就会因缺乏足够的表面迁移能而局部凝聚；另一方面来说，离子束能量的提高在引入过量铝的同时，又增加了沉s 摘要积速率。沉积速率过快也不利于薄膜表面吸附原子的迁移，形成一些尖端的柱状物。我们考察了表面带有柱状物的AIN＄膜的电子场发射性能。我们发现，薄膜的形貌对电子场发射性能有很大的影响。AIN薄膜表面的柱状尖端可以使产生电子场发射的外加电场阈值降低。这对于进一步探索AIN ＄膜在电子场发射器件方面的应用很有价值。另外，我们在研究中使用一改进的U’HVETM系统同时获得样品的微观形貌、局域势垒高度（LOC＊ Height，LBH）和局域场发射电流特性，从而在徽观上解释场发射性能与电学性能和形貌的关系。 众所周知，有些AIN薄膜器件要求有一定的晶体取向。在反应直流磁控溅射沉积系统中，衬底可以加热至800”C左右，且沉积速率相对反应离子束溅射较低，这些都有利于AIN薄膜晶体取向生长。我们考察了一系列的成膜条件，如 i／N总压强、N。分压强、衬底温度、溅射功率等对薄膜晶体结构的影响，从而获得了一系列对薄膜晶体取向有利的条件。 总之，我们利用两种不同的方法——反应离子束溅射和反应直流磁控溅射，在 l型a （ 00）和石英衬底上制备了大面积、均匀的川 薄膜。并且发现，不同的制备方法可以得到具有不同特性的AIN簿膜。反应离子束溅射可以通过调节离子束能量得到铝过量、表面带有许多柱状尖端的薄膜，这些薄膜在电子场发射方面有很好的性能。而反应直流磁控溅射可以通过调节反应参数得到理想的具有良好晶体取向的kiN ＄膜，为AIN ＄膜在声表面波器件等方面的应用打下基础。
丁艳芳[2]2007年在《特种SOI材料及相关技术研究》文中研究指明集成电路从微电子发展到微纳电子时代,SOI技术以其优于体硅的高性能、全集成、低功耗、低成本的诸多优势成为取代现有体硅材料的核心支撑技术。SOI器件虽然因为它独特的埋层结构有很多优于体硅器件的性能,但也同时由于这种埋层结构散热能力较差,导致SOI器件和电路存在自加热效应,并且随着器件尺寸的缩小,电流密度的增加,这种效应对SOI器件性能的影响更是不容忽视;又由于在解决高频混合集成电路中信号串扰的问题,虽然常规的SOI的氧化埋层可以实现有源元件和基片之间的完全隔离,但在更高频率下,埋层氧化物对信号来说又几乎是透明的,因此随着SOI技术在射频电路中的应用日渐重要,解决其信号隔离问题也变得更关键。有鉴于此,探索研究新的SOI结构和材料就成为SOI研究领域新的热点。本论文结合我们承担的国家自然科学基金项目等任务,一方面开展了以AlN为埋层的新型SOI结构、引入WSix埋层的GPSOI新结构等的制备、性能及其应用的研究;另一方面,研究了SOI材料新的应用领域以及相关的SOI器件新工艺。获得的主要新结果如下:(1)采用脉冲准分子激光沉积(PLD)技术在Si衬底上制备了AlN薄膜;为减轻传统SOI器件/电路的自加热效应,采用Smart-cut技术首次成功获得以AIN为埋层的新型SOI材料(即SOAN);采用Medici二维器件模拟以AlN为埋层的SOAN MOSFET在抑制自加热效应方面的所表现的优越性,其结果表明SOAN结构可以有效地抑制自加热效应。(2)采用Smart-cut技术和硅、钨的高温固相反应结合在一起成功制备了SOI结构中高电导率的WSix(1<x<2)埋层,制备出Si/SiO2/WSix/Si结构;研究了GPSOI新结构中WSix埋层的电学特性,发现退火温度的升高有利于提高硅化钨层电导能力和顶层硅的晶体质量,由此确定了射频性能优异的绝缘埋层制备方法;设计了GPSOI材料进行抗串扰性能测试的结构,考察了ADS Momentum软件在模拟其抗串扰能力方面的可行性。(3)采用超高真空电子束蒸发法在全耗尽SOI衬底上成功制备了ZrO2/Al2O3新型纳米层状高κ层结构,深入研究了全耗尽SOI MOS电容的高频C-V特性,结果表明全耗尽SOI MOS电容的高频C-V特性是由少子决定的。(4)制备了六种不同衬底材料上的共平面波导(CPW)传输线,并比较了它们的损耗大小,结果表明:采用SOI衬底结构和地屏蔽技术均能有效地减少传输线的插入损耗。(5)结合微天平(QCM)技术在石英晶体上制作了薄膜形式的ZnO纳米线湿度传感器,同时研究了所制备的传感器对湿度检测的敏感特性,数据的稳定性和重复性;结合SOI结构在传感器领域的应用前景,设计了以SOI结构为基片衬底的新型ZnO纳米线传感器的模型,为下一步的研究工作打下良好的基础。
邢玉梅[3]2005年在《SiC/Si异质结构和HfO_2高κ薄膜制备及其性能研究》文中指出宽带隙半导体材料和高介电常数材料是当今微电子领域的前沿研究课题。SiC是宽带隙半导体的核心材料之一，但其体材料制备较难、价格偏高，严重制约SiC基器件的实际应用。在众多解决方案中，离子注入技术由于不受热力学平衡的限制、且能比较精确地控制注入剂量和埋层厚度，是未来制备高质量、大尺寸SiC材料的重要方法。另一方面，随着硅集成电路深入亚微米、深亚微米范围，采用高介电常数(κ)材料替代传统的SiO_2介质已成为必然趋势，有必要开展相关的研究工作。 本文分别采用无质量分析器的大束流离子注入机和线扫描式离子注入机进行了高温碳离子注入的研究，以p型(100)单晶硅片作为衬底，在700℃高温下进行碳离子注入，部分样品在氩气中1250℃下退火5小时。通过这两种注入工艺，均得到了Si／SiC／Si多层结构，即获得SiC埋层。采用IRRS、GAXRD、TEM等分析方法对所获得的SiC埋层进行了结构表征，并研究了SiC／Si异质结构的电子场发射性能，以开发其作为电子发射冷阴极的新用途。IRRS、GAXRD分析结果表明：退火前，埋层主要由非晶相SiC构成；退火后，埋层中SiC的晶态质量明显改善，由非晶相变为纳米多晶β-SiC；注入能量和剂量的选取存在一定的规则，注入能量不同，SiC埋层的深度和厚度不同；在相同注入能量的前提下，改变注入剂量，对埋层的结晶质量影响较大，过高或过低的剂量容易引起埋层的非晶化。退火过程中碳离子向高碳浓度的中心区迁移，埋层厚度较退火前略小。 两种工艺的最大区别在于：采用大束流离子注入工艺时，不同质量数的含碳基团同时注入，实现了埋层的展宽；而线扫描式离子注入所获得的SiC埋层以及顶层硅的结晶质量均较好，多晶β-SiC晶粒镶嵌在衬底硅中，与衬底呈良好的外延关系。 将高温碳离子注入形成的Si／SiC／Si结构中顶层硅刻蚀掉，首次对所获得的SiC／Si异质结构进行电子场发射性能研究，结果表明：该结构的场发射开启电场很低，最低仅为2.6V／μm，且发射强度、均匀性和稳定性很好；SiC／Si异质结构表面β-SiC颗粒状
参考文献：
[1]. 宽禁带半导体材料—AIN薄膜的离子束合成与表征[D]. 程莉莉. 中国科学院上海冶金研究所. 2000
[2]. 特种SOI材料及相关技术研究[D]. 丁艳芳. 华东师范大学. 2007
[3]. SiC/Si异质结构和HfO_2高κ薄膜制备及其性能研究[D]. 邢玉梅. 中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）. 2005
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