等離子體浸沒注入技術對半導體材料的改性研究.pdf

1、等離子體浸沒注入(Plasma Immersion Ion Implantation，PIII)技術是一種新型的離子注入技術，由于其擁有非視線性的特點，被廣泛應用于材料表面處理工藝。PIII技術從最初冶金學方面的應用，逐漸轉向對生物高分子材料以及半導體微電子材料領域。我們對自行搭建的PIII設備，進行了離子注入劑量標定以及材料改性的一些研究。本論文使用PIII技術研究了p型ZnO材料制備和SOI(Siliconon Insulator)

2、材料中氧注入的研究。
　　本文提出了一種全新的PIII劑量標定方法，該方法基于電流測量，采用電流積分剔除二次電子影響，得到最后的離子注入劑量。當注入電壓發(fā)生改變時(即二次電子的產(chǎn)量發(fā)生變化)，在計算方法中引入電壓矯正因子加以修正。當注入電壓脈寬發(fā)生改變時，基于Child-law的劑量標定理論模型存在著一定的誤差，本研究對加入了對電壓脈寬的修正。
　　采用PIII技術制備p型ZnO的研究中，研究首先使用脈沖激光沉積(Pulse

3、dLaser Deposition，PLD)方法生長ZnO薄膜，再對其進行氮離子注入的摻雜。PIII離子注入后，樣品在800℃快速退火(Rapid Thermal Annealing，RTA)。使用PIII變化電壓的注入形式制備得到了氮摻雜的p型ZnO薄膜，其空穴載流子濃度為9.74×1014 cm-3，接近1015 cm-3濃度。而載流子遷移率為6.52 cm2·V-1·s-1。但當注入劑量超過一定值，樣品在退火后，其中的氮元素發(fā)生聚

4、集形成疊氮化鋅Zn(N3)2。
　　使用摻雜磷元素的ZnO薄膜作為對比實驗：采用原位生長PLD方法制備不同摻雜濃度的ZnO薄膜樣品，RTA退火處理。適量的五氧化二磷摻雜對ZnO的結晶性能有所幫助，而2％濃度的摻雜濃度的結晶性能最好。RTA退火處理后，可得到p型ZnO薄膜，其空穴濃度為1.70×1017cm-3，空穴遷移率為13.00cm2·V-1·s-1，同時探討了磷摻雜p型ZnO的形成機理。
　　此外本文嘗試了采用PIII