多孔硅外延层转移SOI新材料制备与改性多孔硅发光性能的研究

【摘要】： SOI技术和多孔硅纳米发光技术研究是当今微电子与光电子研究领域的前沿课题，本文根据科学院创新工程研究工作的需要，开展了多孔硅外延层转移ELTRAN-SOI新材料制备与改性多孔硅发光性能的研究，获得的主要结果如下： 系统研究了硅片掺杂浓度、掺杂类型和阳极氧化条件等因素对多孔硅结构、单晶性能和表面状态的影响，发现多孔硅与衬底并不是严格的四方畸变，在多孔硅/硅衬底的界面上，多孔硅的晶格与衬底完全一致，但在孔的边缘，多孔硅的晶格发生弛豫。研究结果为多孔硅衬底上材料的生长和光学性能的研究提供了良好的实验依据。 首次采用超高真空电子束蒸发的方法在多孔硅上成功地外延出晶体质量和电学性能良好的单晶硅。深入研究了影响外延的各种因素，特别是多孔硅的孔隙率和外延温度对外延层质量的影响，发现多孔硅的预氧化可以有效地阻止外延时B的扩散，外延层中主要的缺陷是沿着{111}面生长的层错。从晶体生长动力学角度分析了多孔硅上外延硅的生长机理。 研究了多孔硅在HF/H_2O_2溶液中的腐蚀行为，发现多孔硅的腐蚀以孔内腐蚀为主，腐蚀液通过毛细效应进入纳米孔内，孔壁被腐蚀掉后使得多孔硅整层同时坍塌。多孔硅在HF/H_2O_2溶液中的腐蚀速率比体硅的高几个数量级。 优化了外延条件，结合低温键合与多孔硅的剥离技术，在国内首次用多孔硅外延层转移技术成功地制备出了SOI材料。分析表明，ELTRAN-SOI的顶层硅厚度均匀，单晶质量优良；界面清晰、陡直；电学特性优异。 首次研究了碳等离子体注入对多孔硅的改性，得到了强蓝光发射，详细研究了退火温度对发光强度的影响，发现在400℃时达到最大值，并探讨了相关的机理。这一研究结果为硅基蓝光材料的制备提供了一种新的技术。 深入研究了等离子体浸没式氢注入硅的发光性能，发现在700—1000nm范围内获得低温荧光，当退火温度为400℃时荧光强度达最大。从600℃退火的注氢样品上获得白色室温电致发光。根据对注氢样品的结构和成分分析结果，分析了可能的发光原因。 摘 要 首次研究了硅中碳氢共注样品的发光性能c发现在适当碳含量的碳化硅样 品中注入氢可以获得室温蓝光发射，追火温度对荧光有明显的影响。分析表明 该荧光可能与碳化硅／硅的界面有关，氢在此起重要的作用。 探索硕－究了用脉冲檄光沉积的方法在多孔硅衬底上制备BST薄膜。发现多 孔硅的孔隙率对BST的晶粒尺寸有明显的影I’向，与相同条件下在体硅衬底上生 长的SST薄膜相比，其晶体质量有所改善。＊ST与多孔硅界面处的非晶＊ST是 山于田T多孔硅的界面相互扩散引起的。多孔硅衬底上的＊盯结构为高灵敏 度、低热噪音的红外探测器的制备提供了新材料。