厚膜SOI材料和SiGeOI材料制備研究.pdf

1、絕緣體上的硅(SOI)材料以其獨特的結構在低壓、低功耗電路，高溫、抗輻照器件和光電子學等方面都有廣泛的應用，并且與成熟的硅工藝相兼容，是很有應用前景的光電集成用材料。SiGeOI材料同時具有SiGe材料和SOI材料的特點，具有電子學和光子學的特點，近年來受到眾多研究者的重視。由于自身的特點，高Ge濃度SiGeOI材料制備存在著困難。本論文即圍繞著是光通信厚膜SOI材料和高Ge組分SiGeOI材料進行研究，對兩種材料的制備進行了研究并開展

2、了以下的工作。 在SIMOX技術基礎上結合氣相外延技術制備了厚膜SOI材料。在標準劑量的SOI襯底上生長了厚度約為8μm的Si層，研究發(fā)現(xiàn)外延層和氧化埋層厚度均勻性良好，外延層單晶性能良好，SOI襯底中缺陷導致了外延層中的缺陷。SOI襯底頂層硅呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，合適溫度的退火可以明顯降低SOI襯底頂層硅電阻率，也可部分減少外延高阻過渡層厚度。外延后頂層Si表面粗糙度明顯降低。利用厚膜SOI材料成功制作了波長1.55μm時傳輸損耗系數(shù)

3、約0.4dB/cm單模脊型波導。 研究了不同氧注入劑量襯底對外延層性能的影響，在標準劑量襯底上外延Si層中缺陷密度明顯高于在低劑量襯底上的外延層。研究發(fā)現(xiàn)標準劑量SOI襯底中位錯密度比低劑量襯底中高兩個數(shù)量級，表面粗糙度較大，頂層硅單晶質(zhì)量也比低劑量襯底差。減少注入劑量是獲得良好外延層的一種可行方法。 研究了外延生長前高溫氫處理的影響。在外延生長前對SOI襯底進行適當?shù)母邷貧涮幚砜梢允贡砻娴玫礁纳?，在?jīng)過高溫氫處理的SO

4、I襯底上生長的外延層中缺陷密度明顯減小，這是提高高劑量SOI襯底上外延硅層質(zhì)量的有效方式。 本論文另一重要內(nèi)容是制備高Ge濃度的弛豫SiGeOI材料。在標準劑量SOI襯底減薄后外延生長了Ge組分為55％，應變弛豫約90％的SiGe層。經(jīng)過高溫氧化后得到了Ge組分近60％且分布均勻的SiGeOI材料，SiGe層應變弛豫在90％以上。在未經(jīng)過減薄的SOI襯底上經(jīng)過相似工藝后得到了Ge組分為55％且分布均勻的SiGeOI材料，SiGe

5、層應變弛豫約90％以上。在減薄SOI襯底上外延生長Ge濃度較低厚度較厚SiGe層，然后氧化制備SiGeOI材料。研究發(fā)現(xiàn)多次氧化后SiGe層中Ge元素縱向分布仍然呈梯度分布，沒有形成Ge均勻分布的SiGeOI材料，而SiGe表面粗糙度在長時間多次氧化后顯著增加，說明該方法制備高Ge濃度SiGeOI材料存在不足之處。 研究了在SiGe/SOI材料的SiGe層中注入H離子在高溫熱氧化制備SiGeOI材料中的作用。發(fā)現(xiàn)H離子的注入減緩