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厚膜SOI材料和SiGeOI材料制备研究

程新利  
【摘要】:绝缘体上的硅(SOI)材料以其独特的结构在低压、低功耗电路,高温、抗辐照器件和光电子学等方面都有广泛的应用,并且与成熟的硅工艺相兼容,是很有应用前景的光电集成用材料。SiGeOI材料同时具有SiGe材料和SOI材料的特点,具有电子学和光子学的特点,近年来受到众多研究者的重视。由于自身的特点,高Ge浓度SiGeOI材料制备存在着困难。本论文即围绕着是光通信厚膜SOI材料和高Ge组分SiGeOI材料进行研究,对两种材料的制备进行了研究并开展了以下的工作。 在SIMOX技术基础上结合气相外延技术制备了厚膜SOI材料。在标准剂量的SOI衬底上生长了厚度约为8μm的Si层,研究发现外延层和氧化埋层厚度均匀性良好,外延层单晶性能良好,SOI衬底中缺陷导致了外延层中的缺陷。SOI衬底顶层硅呈现高阻状态,合适温度的退火可以明显降低SOI衬底顶层硅电阻率,也可部分减少外延高阻过渡层厚度。外延后顶层Si表面粗糙度明显降低。利用厚膜SOI材料成功制作了波长1.55μm时传输损耗系数约0.4dB/cm单模脊型波导。 研究了不同氧注入剂量衬底对外延层性能的影响,在标准剂量衬底上外延Si层中缺陷密度明显高于在低剂量衬底上的外延层。研究发现标准剂量SOI衬底中位错密度比低剂量衬底中高两个数量级,表面粗糙度较大,顶层硅单晶质量也比低剂量衬底差。减少注入剂量是获得良好外延层的一种可行方法。 研究了外延生长前高温氢处理的影响。在外延生长前对SOI衬底进行适当的高温氢处理可以使表面得到改善,在经过高温氢处理的SOI衬底上生长的外延层中缺陷密度明显减小,这是提高高剂量SOI衬底上外延硅层质量的有效方式。 本论文另一重要内容是制备高Ge浓度的弛豫SiGeOI材料。在标准剂量SOI衬底减薄后外延生长了Ge组分为55%,应变弛豫约90%的SiGe层。经过高温氧化后得到了Ge组分近60%且分布均匀的SiGeOI材料,SiGe层应变弛豫在90%以上。在未经过减薄的SOI衬底上经过相似工艺后得到了Ge组分为55%且分布均匀的SiGeOI


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