SOI新结构制备及SOI基悬浮式薄膜谐振器的研制

论文摘要

SOI（Silicon-on-Insulator）材料,即绝缘体上的硅材料,被国际上公认为“二十一世纪硅集成电路技术”的基础。它能突破体硅材料的诸多限制,在航天领域、光电子领域,以及微机械系统等多方面有广阔的应用前景。本论文针对SOI 自加热效应以及满足不同需要SOI 材料新结构的制备和性能表征进行研究。本论文的主要研究工作和所取得的创新性研究结果集中在如下三个方面:第一,利用智能剥离（Smart-Cut）技术制备以氮化铝（AlN）为绝缘埋层SOI 新结构;第二,成功采用亲水熔融键合技术和Smart-Cut 技术制备出硅/玻璃（SOG—Silicon-on-Glass）新型SOI 结构;第三,以SOI 材料为基础设计了新型SOI 基悬浮式薄膜谐振器。率先提出了以AlN 代替SiO2的作为绝缘埋层的新型Silicon-on-AlN 结构的SOI 材料,克服了传统的以SiO2 为埋层的SOI 器件由于SiO2 的热传导较差,形成固有的局部自加热效应,造成漏电流升高和载流子迁移率下降的问题。AlN具有高的击穿场强、高热导率、高电阻率和高化学和热稳定性等许多优异的物化性质,而且AlN 可以很好地和传统硅工艺兼容。所以用AlN 代替SiO2作为SOI 材料中的绝缘埋层可从根本上解决传统SOI 器件的自加热效应,从而提高SOI 器件的耐高温,耐高电压和低耗的能力。作为绝缘层的AlN 薄膜采用等离子辅助沉积技术制备。X 射线光电子能谱仪（XPS）测试结果表明,薄膜Al2p电子结合能为73.1eV,N1s电子结合能为397.5eV。俄歇电子能谱仪（AES）对AlN 薄膜进行深层剖析,薄膜内Al 原子和N 原子的比例基本是1:1。采用原子力显微镜对AlN 薄膜表面进行分析,结果表明的其表面粗糙度rms 值为0.44nm,完全可以满足键合表面要求。电学测试结果,所制备的AlN 薄膜的有

论文目录

• 第一章 前言
• 1.1 硅基微电子技术的发展概述
• 1.2 SOI技术的发展
• 1.2.1 SOI基本概念
• 1.2.2 SOI技术的优势
• 1.2.3 SOI材料制备技术进展
• 1.3 SOI器件中存在的若干的物理问题
• 1.3.1 自加热效应
• 1.3.2 翘曲效应（Kink effect）
• 1.3.3 寄生双极晶体管效应
• 1.3.4 浮体效应
• 1.4 SOI材料的新应用
• 1.5 本课题研究背景及立题依据
• 1.6 本课题主要创新点
• 第二章 离子束辅助沉积（IBAD）制备氮化铝薄膜及表征
• 2.1 引言
• 2.2 薄膜材料的选择
• 2.3 AlN 薄膜材料生长
• 2.3.1 离子束辅助沉积（IBAD）机理
• 2.3.2 实验过程
• 2.4 AlN 薄膜材料表征
• 2.4.1 X 射线衍射分析
• 2.4.2 扫描电子显微镜分析
• 2.4.3 原子力显微镜分析
• 2.4.4 傅里叶红外光谱分析
• 2.4.5 X 射线光电能谱分析
• 2.4.6 俄歇电子能谱仪
• 2.4.7 AlN 薄膜电学表征
• 2.5 小结
• 第三章 Smart-Cut 技术制备SOA（Silicon-on-AlN）结构材料
• 3.1 前言
• 3.2 Smart-Cut 技术主要过程
• 3.3 Smart-Cut 技术制备SOI 材料的主要优点
• 3.4 键合的基本原理
• 3.5 Smart-Cut 技术制备SOA（Silicon-on-AlN）
• 3.5.1 实验过程
• 3.5.2 SOA 晶片透射电子显微术（TEM）分析
• 3.5.3 键合强度的检测
• 3.6 器件电热学模拟
• 3.6.1 MEDICI 器件模拟
• 3.6.2 电热学模型
• 3.6.3 输出特性模拟
• 3.6.4 温度分布模拟
• 3.7 小结
• 第四章 硅/玻璃（SOG-Silicon-on-Glass）新结构制备
• 4.1 前言
• 4.2 实验过程
• 4.3 结果分析与讨论
• 4.3.1 键合强度检测
• 4.3.2 原子力显微镜分析
• 4.3.3 透射电子显微镜界面微结构分析
• 4.3.4 电学性能分析与讨论
• 4.4 小结
• 第五章 SOI 基新型悬浮式薄膜腔声谐振器研制
• 5.1 前言
• 5.2 ZnO 薄膜材料制备与性能研究
• 5.2.1 ZnO 压电材料制备
• 5.2.2 ZnO 薄膜结构分析
• 5.2.3 ZnO 薄膜发光性能分析
• 5.2.4 结论
• 5.3 薄膜腔声谐振器机理
• 5.4 SOI基悬浮式腔声谐振器的制备工艺
• 5.5 悬浮式薄膜谐振器性能测试
• 5.6 小结
• 第六章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 作者在读期间发表的论文
• 声明
• 致谢