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。     

InP/Si键合技术研究进展

InP材料及其器件的研制是近年来研究热点之一,而键合技术又是光电子集成研究领域内一项新的制作工艺。利用键合技术结合离子注入技术可以InP薄膜及器件集成到Si衬底上,改善机械强度,降低成本,具有非常诱人的应用前景。概括地介绍了近年来InP在Si上的键合工艺及层转移技术研究进展,并对InP和Si的几种键合工艺进行了分析。降低InP和Si键合温度,进行低温键合是其发展趋势。比较几种键合技术,利用等离子活化辅助键合是降低键合温度的有效途径。     

射频Si/SiGe/Si HBT的研究

在Si／SiGe／SiHBT与Si工艺兼容的研究基础上，对射频Si／SiGe／SiHBT的射频特性和制备工艺进行了研究，分析了与器件结构有关的关键参数寄生电容和寄生电阻与Si／SiGe/Si HBT的特征频率fT和最高振荡频率fmax的关系，成功地制备了fT为2．5CHz、fmax为2．3GHz的射频Si／SiGe／SiHBT，为具有更好的射频性能的Si／SiGe／Si HBT的研究建立了基础。     

Au/Sn共晶键合技术在MEMS封装中的应用

研究了Au/Sn共晶圆片键合技术在MEMS气密性封装中的应用。设计了共晶键合多层材料的结构和密封环图形,盖帽层采用Ti/Ni/Au/Sn/Au结构,器件层采用Ti/Ni/Au结构,盖帽层腔体尺寸为4.5 mm×4.5 mm×20μm,Au/Sn环的宽度为700μm,优化了键合工艺,对影响气密性的因素(如组分配比、键合前处理和键合温度等)进行了分析。两层硅片在氮气气氛中靠静态的压力实现紧密接触。在峰值温度为300℃、持续时间为2 min的条件下实现了良好的键合效果,其剪切力平均值达到16.663 kg,漏率小于2×10-3 Pa·cm3/s,满足检验标准(GJB548A)的要求,验证了Au/Sn共晶键合技术在MEMS气密封装中的适用性。     

InGaAs/Si雪崩光电二极管

采用Si/InP低温晶片键合技术,设计并制作了InGaAs/Si雪崩光电二极管.器件利用InGaAs做吸收层,Si做增益层,光敏面大小50μm×70μm;测试结果表明器件有正常的光响应特性,击穿电压为41 V,暗电流为99 nA,此时光电流比暗电流高3个数量级.     

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。     

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.     

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.     

Si／InP材料的应力转化特性分析

InP材料被广泛的应用于光电子领域,但其材料脆、工艺不成熟、成本高,而Si基外延InP材料能良好的改善该技术瓶颈。论文中对不同介质、不同厚度的介质键合制备Si／InP材料进行了分析。其中以SiO2键合制备的Si／InP材料应力转化率最高,且SiO2制备工艺简单、亲水,材料键合强度大,机械特性好,是键合制备Si／InP材料的首选。而且,SiO2键合介质越薄,其应力转化率越高,材料对力学信号就越敏感,制备的Si／InP材料的机械性能越好。     

与Si 工艺兼容的Si/ SiGe/ Si HBT 研究

我们对Si/SiGe/Si HBT及其Si兼容工艺进行了研究,在研究了一些关键的单项工艺的基础上,提出了五个高速Si/SiGe/Si HBT结构和一个低噪声Si/SiGe/Si HBT结构,并已研制成功台面结构Si/SiGe/Si HBT和低噪声Si/SiGe/Si HBT,为进一步高指标的Si/SiGe/Si HBT的研究建立了基础。     

Si1-xGex/Si多层异质外延结构的研究

对制作的Ｓｉ１－ｘＧｅｘ／Ｓｉ多层异质外延结构进行了研究。并对其做了反射高能电子衍射（ＲＨＥＥＤ）、Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）和扩展电阻（ＳＲ）等测量，给出了利用这种结构研制出的异质结双极晶体管（ＨＢＴ）的输出特性曲线。     

Si/ SiGe/ Si HBT 的直流特性和低频噪声

在对Si/SiGe/Si HBT及其Si兼容工艺的研究基础上，研制成功低噪声Si/SiGe/Si HBT，测试和分析了它的直流特性和低频噪声特性，为具有更好的低噪声性能的Si/SiGe/Si HBT的研究建立了基础。     

Thermal stability of Si/Gen/Si heterostructures by photoreflectance

The thermal stability of Si/Ge_n/Si(001) heterostructures includingn = 1, 6, 20, and 100 monolayers (ML’s) is studied in connection with their electronic structures through the measurement of photoreflectance (PR). The PR spectra are observed at 90 K over the energy range 0.85–4.0 eV. Comparing the PR signals of Si/Ge _n /Si(001) heterostructures before and after thermal annealing at 600° C, it is found that the samples with less than 6 ML Ge show no change whereas those with more than 20 ML Ge show large changes. The result suggests that Si/Ge _n /Si heterostructures with Ge layer thickness less than 6 ML’s are thermally stable. For the heterostructures with 20 and 100 ML Ge, the relaxation of strain in the Ge layer is found to occur from the PR spectra ofE ₀(Ge),E ₁(Ge) andE ₁ +Δ ₁(Ge), andE ₁(Si).     

GeSi/Si共振隧穿二极管

GeSi/Si共振隧穿二极管主要包括空穴型GeSi/SiRTD、应力型GeSi/SiRTD和GeSi/Si带间共振隧穿二极管三种结构。着重讨论了后两种GeSi/Si基RTD结构;指出GeSi/Si异质结的能带偏差主要发生在二者价带之间(即ΔEv>ΔEc),形成的电子势阱很浅,因此适用于空穴型RTD的研制;n型带内RTD只有通过应力Si或应力GeSi来实现,这种应力型RTD为带内RTD的主要结构;而带间GeSi/SiRITD则将成为更有应用前景的、性能较好的GeSi/SiRTD器件结构。     

功率SiGe/Si HBT的温度特性

测量了Si/SiGe HBT在23~260℃温度范围内的Gummel图、理想因子n、不同基极电流下的发射结电压VBE、电流增益β、共发射极输出特性,以及Early电压VA的变化情况。结果表明,随电流和温度的增加,β减少,VBE随温度的变化率dVBE/dT小于同质结Si BJT。在高集电极-发射极电压和大电流下,在输出特性曲线上观察到了负微分电阻(NDR)特性。结果还显示,电流增益-Early电压积与温度的倒数(1/T)呈线性关系,这对模拟电路应用是很重要和有用的。     

垂直入射Si_(0.7)Ge_(0.3)/Si多量子阱光电探测器

报道了正入射Si0.7Ge0.3/Si多量子阱结构光电探测器的制作和实验结果.测试了它的光电流谱和量子效率.探测器的响应波长扩展到了1.3μm以上波段.在1.3μm处量子效率为0.1%.量子效率峰值在0.95μm处达到20%.