【摘要】：光電子-微電子集成是目前半導(dǎo)體行業(yè)研究的一個重點方向,然而Si的間接帶隙性質(zhì)使得其輻射復(fù)合效率低下,極大地限制了 Si在光電產(chǎn)業(yè)方面的應(yīng)用。離子注入由其工藝成熟,產(chǎn)生的缺陷種類繁多,缺陷發(fā)光穩(wěn)定等原因逐漸成為改善Si發(fā)光性能的主要研究方法。Si自離子注入硅基材料不會引入異種離子,只產(chǎn)生缺陷發(fā)光中心(填隙或空位團(tuán)簇),易于調(diào)控。絕緣層上氧化硅(Silicon on Insulator,SOI)材料由于其獨特的結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的電學(xué)特性,在半導(dǎo)體行業(yè)備受青睞。因此,向SOI材料引入缺陷發(fā)光中心,實現(xiàn)芯片內(nèi)光互連,并匹配現(xiàn)有CMOS生產(chǎn)工藝,對于未來半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展將帶來巨大的促進(jìn)。本論文通過不同離子注入方案設(shè)計,控制后退火工藝參數(shù),對自離子注入SOI發(fā)光材料的發(fā)光特性及機(jī)理進(jìn)行了討論和研究,確認(rèn)了從可見波段至紅外波段一些發(fā)光峰的起源,并比較確認(rèn)了不同溫度下發(fā)光行為變化的原因,闡明了不同劑量注入SOI材料填隙缺陷的演變機(jī)理。論文主要內(nèi)容如下:1.Si自離子注入SOI基片發(fā)光性能及機(jī)理探究研究了 130 KeV注入能量的Si自離子注入SOI基片配合退火工藝得到光致發(fā)光(Photoluminescence,PL)圖譜。討論了自離子注入SOI試樣中W線的發(fā)光行為的變化。I1和 I2峰相近的PL譜變化趨勢和相同的溫度與強(qiáng)度相關(guān)性變化規(guī)律表明,這兩個峰的發(fā)光中心源自相同的填隙團(tuán)簇。而在可見光波段,位于1.762 eV附近的峰可被歸結(jié)為硅納米晶發(fā)光。通過ESR分析知,2.123 eV的P2峰發(fā)光起源是弱氧鍵中心,而2.174 eV的則是由于中性氧空位中心和E'中心共同作用下形成的發(fā)光。2.能量遞減多次Si自離子注入SOI材料頂層硅的發(fā)光現(xiàn)象探究利用多次能量遞減向SOI材料中注入Si離子,再經(jīng)不同參數(shù)后退火過程,得到了紅外波段豐富的發(fā)光峰。單次能量注入SOI試樣中的填隙離子在退火過程中的擴(kuò)散不發(fā)生填隙離子層間的交疊,能夠獲得較多種類的發(fā)光中心。而多次能量注入試樣在較高退火溫度下由于不同的注入層之間填隙離子擴(kuò)散交疊,得到了更大密度的缺陷,在“擴(kuò)散-熟化”機(jī)制下,這些缺陷聚集形成分布平均但尺寸較大的填隙團(tuán)簇,并且由于量子尺寸效應(yīng),發(fā)光峰位向紅外方向移動。
【圖文】：

第一章緒論逡逑１．４．２填隙原子團(tuán)簇發(fā)光逡逑從圖１中可以觀察到，位于光致發(fā)光圖譜１２１８邋ｎｍ出的是Ｗ線，基于多年的逡逑實驗研究結(jié)果，研宄人員們發(fā)現(xiàn)無論是在不同元素離子注入或是電子輻照Ｓｉ試樣逡逑中都會出現(xiàn)Ｗ線［２５］。因此，一些報道稱Ｗ線源于初級級聯(lián)損傷中的擴(kuò)散點缺陷，逡逑在熱退火處理后，這些點缺陷聚集成為填隙團(tuán)簇［２６＿３Ｇ］。通過第一性原理局域密度逡逑泛函計算，Ｂ．Ｊ．邋Ｃｏｏｍｅｒ等發(fā)現(xiàn)Ｗ線可能起源于三填隙原子團(tuán)簇［３１＿３３］。逡逑＾邋Ｄｏｓｅ：邋３ｘ１０１３邋ｃｍ－２邐Ｄ１逡逑ＧＯ逡逑日邋邐邐邐邐——一0Ｃ逡逑＾邐ｎｒ逡逑Ｘ）邐邐邐邐邐逡逑運(yùn)邋邐邐一廠邐＾—邐邐邋７００邋０Ｃ逡逑含邐Ｗ逡逑Ｉ逡逑ｇ邋邐邐邋Ｗ邐—３００邋°Ｃ逡逑？二逡逑ａｓ逡逑？邐蠢邐＝邐Yn邐？邐Ｉ邐■邐Ｉ邐■值邐？邐ｉ逡逑１１００邐１２００邐１３００邐１４００邐１５００邐１６００邐１７００逡逑Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋（ｎｍ）逡逑圖１－２注入能量３００邋ＫｅＶ的Ｓｉ試樣在３００－９００邋°Ｃ保溫３０邋ｍｉｎ退火的ＰＬ譜，Ｓｒｆｔ入劑量為逡逑３ｘｌ0ｉ５ｃｍ－２，底部的曲線是未退火試樣ＰＬ譜，記錄溫度７Ｋ逡逑然而Ｍ．邋Ｎａｋａｍｕｒａ等使用電子福照Ｓｉ試樣的ＰＬ計算結(jié)果得出，，［１１１］晶面分逡逑裂單填隙原子和［１１１］晶面分裂三重態(tài)雙填隙原子可能才是Ｗ線的起源［２９］。并且

１．４．３棒狀缺陷發(fā)光中心逡逑Ｒ發(fā)光帶處于離子注入娃基材料光致發(fā)光光譜１３７６邋ｎｍ處，其發(fā)光中心是［１］１］逡逑棒狀缺陷及［３１１］延展缺陷，如圖１－３所示。Ｓ．邋Ｌｉｂｅｒｔｉｎｏ等發(fā)現(xiàn)從點缺陷到填隙團(tuán)逡逑簇再到［３１１］缺陷，其聚集過程并不是簡單的按照奧斯瓦爾德熟化機(jī)制進(jìn)行的［４６］。逡逑低ｈ下（３００－５００邋°Ｃ）引起填隙點缺陷的形成，中ｈ下（５５０－６５０邋°Ｃ）產(chǎn)生填隙團(tuán)逡逑簇，高Ｘ４邋（６００邋°Ｃ）下將引發(fā)填隙團(tuán)簇向［３１１］延展缺陷的轉(zhuǎn)變，并且，只有在注入逡逑劑量大于ｌｘｌ0Ｂｃｍ』以及乃高于６００°Ｃ的時候Ｒ線才會出現(xiàn)ｔ４７ｌ通過深能級瞬逡逑態(tài)譜（ＤＬＴＳ）的測試，Ｊ．Ｐ．邋Ｇｏｓｓ等發(fā)現(xiàn)［３１１］缺陷的產(chǎn)生也遵循此規(guī)則［４８］，認(rèn)為［３１１］逡逑８逡逑
【學(xué)位授予單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN304;O613.72

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2594897