Si/Si直接键合界面性质的研究

通过三步直接键合方法实现了 Si/ Si键合。采用 XPS、FTIR、I-V、拉伸强度等手段对 Si/ Si键合结构的界面特性作了深入广泛的研究。研究结果表明 ,高温退火后 ,在键合界面没有 Si-H和 Si-OH网络存在 ,键合界面主要由单质 Si和不定形氧化硅 Si Ox 组成。同时 ,研究还表明 ,I-V特性和键合强度强烈地依赖于退火温度。     

Si/InP键合界面的研究

应用疏水处理方法成功实现了Si/InP的键合,然后通过对InP和Si的表面XPS能谱分析得到界面信息,从而了解键合机理.I-V曲线也反应了键合界面的性质,通过450、550℃退火样品的伏安特性可知道,对于InP/Si键合结构而言,退火温度与界面特性应该存在最佳值.     

InP/Si键合界面热应力分析

从理论上分析了键合热应力产生的原因,在此基础上,采用双层条状金属热应力模型讨论InP/Si键合过程中应力的大小及分布情况.结果表明, 由剪切应力和晶片弯矩决定的界面正应力是晶片中心区域大面积键合失败的主要原因,同时InP/Si键合合适的退火温度应该在250～300 ℃.最后在300 ℃退火条件下很好地实现了InP/Si键合,界面几乎没有气泡,有效键合面积超过90%.     

利用金属过渡层低温键合硅晶片

在Si/Si之间采用Ti/Au金属过渡层,实现了Si/Si低温键合,键合温度可低至414 ℃.采用拉伸强度测试对Si/Si键合结构的界面特性进行测试,结果表明,键合强度高于1.27MPa;I-V测试表明,Si/Ti/Au/Ti/Si键合界面基本为欧姆接触;X射线光电子能谱(XPS)测试结果进一步表明,界面主要为Si-Au共晶合金.不同温度的变温退火实验表明,键合温度越高,键合强度越大,且渐变退火有利于提高键合强度.     

利用金属过渡层低温键合硅晶片

在Si/Si之间采用Ti/Au金属过渡层,实现了Si/Si低温键合,键合温度可低至414 ℃.采用拉伸强度测试对Si/Si键合结构的界面特性进行测试,结果表明,键合强度高于1.27MPa;I-V测试表明,Si/Ti/Au/Ti/Si键合界面基本为欧姆接触;X射线光电子能谱(XPS)测试结果进一步表明,界面主要为Si-Au共晶合金.不同温度的变温退火实验表明,键合温度越高,键合强度越大,且渐变退火有利于提高键合强度.     

AlGaInP/Si的键合研究

金锡(AuSn)合金作为粘合介质,实现了AlGaInP/Si的异质键合.在室温下键合样品的I-V特性表明AuSn合金对载流子通过界面未见不良影响,截面的显微照片表明键合质量良好.反射谱测试表明键合合金层可以作为反射器,这一特征是AlGaInP发光器件与Si集成的有利条件.     

界面热应力对InP/Si键合质量的影响

通过实验和理论计算,分析了InP/Si键合过程中,界面热应力的分布情况、影响键合结果的关键应力因素及退火温度的允许范围。分析结果表明,由剪切应力和晶片弯矩决定的界面正应力是晶片中心区域大面积键合失败的主要原因,为保证良好的键合质量,InP/Si键合退火温度应该在300～350℃范围内选取。具体实验验证表明,该理论计算值与实验结果相一致。最后,在300℃退火条件下,很好地实现了2inInP/Si晶片键合,红外图像显示,界面几乎没有空洞和裂隙存在,有效键合面积超过90%。     

AlGaInP/Si的键合研究

金锡(AuSn)合金作为粘合介质,实现了AlGaInP/Si的异质键合.在室温下键合样品的I-V特性表明AuSn合金对载流子通过界面未见不良影响,截面的显微照片表明键合质量良好.反射谱测试表明键合合金层可以作为反射器,这一特征是AlGaInP发光器件与Si集成的有利条件.     

Si/Si直接键合界面热应力模型及模拟

根据Suhir的双金属带的热应力分布理论,建立了Si/Si直接键合界面应力模型,推导出了由于高温引起的正应力、剪切应力和剥离应力的解析方程。并且应用模拟软件Matlab对热应力进行了模拟,直观地表现了键合界面应力的大小及其分布情况,对键合工艺有一定的指导意义。     

C+注入Si形成SiC/Si异质结构的椭偏光谱

用椭偏光谱法测量了(35keV,1.0×10118cm-2)和(65keV,1. 0×1018cm-2)C+注入Si形成的SiC/Si异质结构.应用多层介质膜模型和有效介质近似,分析了这些样品的SiC/Si异质结构的各层厚度及主要成份.研究结果表明:注35keV C+的样品在经1200 C、2h退火后形成的SiC/Si异质结构,其β-SiC埋层上存在一粗糙表面层,粗糙表面层主要由β-SiC、非晶Si和SiO2组成,而且β-SiC埋层与体硅界面不同于粗糙表面层与β-SiC埋层界面;注65keV C+的样品在经1250 C、10h退火后形成的SiC/Si异质结构,其表层Si是较完整的单晶Si,埋层B-SiC分成三层微结构,表层Si与β-SiC埋层界面和β-SiC埋层与体硅界面亦不相同.这些结果与X射线光电子谱(XPS)和横截面透射电子显微镜(TEM)的分析结果一致.     

Si/Si键合结构的电学性质测量及模拟

研究Si／Si键合的电学性质对于界面研究和微电子器件的制备有着重要意义。分析了亲水处理方法键合的不同Si／Si键合结构的I—V特性，然后用SOS模型对n—Si／n—Si的C—V特性做了计算机辅助模拟，并和实际C—V曲线比较得出了平带电压VFB和界面态密度Din，这些结果对于键合的界面性质的了解和研究都是有意义的。     

CaF_2/Si(111)界面的电子结构和化学键(英文)

CaF_2/Si(111) interfaces formed at 700℃ as well as at room temperature have been studied with XPS, UPS and LEED. The experimental results show that the substrate temperature has a significant influence on the interface in respect of ifs electronic structure and chemical bond. When the substrate temperature was at 700℃, the interface is found to be consisted of predominate Si-Ca bonds which correspond to an interface state located at 1.2eV below Fermi level. There is depletion of fluorine atoms due to the dissociation of the CaF2 molecule at the interface. When the substrate was at room temperature, there are no chemical bonds between substrate and adatoms nor depletion of fluorine atoms at the interface. Annealing of this interface at 700℃ results in preferential evaporation of F, and the surface undergoes a number of reconstructions until a 3×1 reconstruction is obtained. The bonding at this interface is similar to that of CaF2/Si(111) interface when the substrate temperature was at 700℃.     

The Bond Strength of Au/Si Eutectic Bonding Studied by IR Microscope

The interface of Au/Si(100) eutectic bonding was investigated by infrared (IR) microscope and related to the bond strength. A strong relationship between the IR images and the bond strengths was found. Bond strength test showed that a strong bond has many square black spots in the IR images, whereas a poor bond has fewer or no square black spots. In order to study the nature of the relationship, the dissolution behavior of the bare Si(100) surface after bonding was investigated. During the Au/Si(100) eutectic reaction, the dissolution of the bare Si(100) surface primarily occurs by the formation of the craters which result in many square black spots in the IR images. The formation of the craters is ascribed to the anisotropic nature of Au/Si reaction that results in three-dimensional dissolution behavior on the bare Si(100) side. In order to further test the anisotropy hypothesis, Au/Si(111) bonding was also studied. Under the same bonding conditions, triangular black spots were observed in the IR images and triangular pits were found on the bare Si(111) surface. The analysis suggests that the craters on the bare Si(100) surface, in other words the square black spots in the IR images, are the indication of Au/Si(100) eutectic reaction. More craters mean a reaction between Au and Si(100), which occurs uniformly at the Au/Si(100) bonding interface compared to the case of fewer craters. No crater indicates that there is no eutectic reaction in the region. Therefore, the IR microscope may be used to evaluate and compare the different bond strengths qualitatively.      

硅／硅直接键合制备p^＋／n^—和n^—／n^—结构

本文采用Si/Si直接键合制备p~+/n~-、n~-/n~-结构的工艺原理及方法。通过实验,摸索出了一种有效的表面清洗-高温处理Si/Si键合工艺;采用该工艺制出了p~+/n~-、n~-/n~-样片;对键合的微观结构、键合强度、杂质分布及电接触特性进行了检测。     

Fabrication of 1.55 μm VCSELs on Si using metallic bonding

Using AuGeNiCr multilayered metals as the wafer bonding medium, long-wavelength GaInAsP/InP vertical cavity surface emitting lasers employing Al-oxide/Si as the upper and lower distributed Bragg reflectors were fabricated on Si substrate with the bonding interface formed outside the vertical cavity surface emitting laser cavity. Laser emission at 1.545 μm was measured under pulsed operations near room temperature. The low-temperature metallic bonding process demonstrates a great potential in device fabrication     

GaAs/Si异质结的界面性质

本文应用普适参数紧束缚方法计算了GaAs/Si异质中界面组成、键能、自然键长、力常数以及键的弛豫等性质.由键能和力常数推断As和Ga原子均能在界面处与Si原子成键,但Si-As键更强一些,考虑到Si和Ga原子在界面的互扩散作用,提出了界面层的可能生长机理.作者认为界面层应由SiAs和GaSi组成的膺合金Ga_xA(?)_(1-x)Si构成,根据价带极大值随组分x的变化,指出x的范围处在0.1～0.6之间.由键的弛豫效应预示x的最佳范围在0.1～0.3之间.由此设想,通过控制组分,有可能使由晶格畸变产生的界面应力减至比较小,从而为消除因晶格畸变产生的应力缺陷给出了理论依据.     

Si(001)外延ZnSe薄膜界面原子的结合与成键

基于密度泛函理论的第一性原理计算,通过对Si(001)和氮化Si(001)表面单层Zn/Se原子结合的方式,模拟ZnSe外延薄膜的二维生长模式,从单层原子结合能、界面原子电子得失、共价结合成键的角度解释了Zn/Se原子在衬底表面的黏附性问题,阐述了薄膜生长初期界面无定形Se出现等现象,分析了氮化Si(001)表面对薄膜二维均匀生长的作用,结果显示N的引入缓和了Si衬底的非极性共价结合与ZnSe原子间的极性离子键结合之间的异质差异。     

GaAs/Si晶圆片键合偏差及影响因素研究

针对化合物半导体与Si基晶圆异质集成中的热失配问题,利用有限元分析方法开展GaAs半导体与Si晶片键合匹配偏差及影响因素研究,建立了101.6 mm(4英寸)GaAs/Si晶圆片键合匹配偏差评估的三维仿真模型,研究了不同键合结构和工艺对GaAs/Si晶圆级键合匹配的影响,系统分析了键合温度、键合压力、键合介质厚度及摩擦特性等因素对键合偏差影响的规律。结果表明,键合压力和键合层摩擦系数对键合偏差的影响极大,并通过对上述因素的优化,其匹配偏差可控制到3μm以内。