文档介绍：厦门大学
博士学位论文
硅的表面刻蚀、光学性能以及硅钴材料制备的激光拉曼光谱研
究
姓名:刘峰名
申请学位级别:博士
专业:物理化学
指导教师:田中群;任斌
硅的表面刻蚀、光学性能以及硅钴材料制备的激光拉曼光谱研究中文摘要枋堑厍蛏戏崃孔畲蟮脑K刂唬璨牧暇哂星慷却蟆⒚挥谢抵秃笙窒蟆⒘己玫牡热性能、小的热膨胀系数等优良性能以及日臻成熟的加工工艺,故成为迄今研究最为系统、把交椅。然而,人们对先进技术、设备和器件的需求是永无止境的——更快的速度、更强深入和应用最为藿要、广泛的半导体材料,从而勿容置疑地长期稳坐信息材料领域中的头的功能、更高的性价比。综观信息和材料领域在新世纪的迅猛发展局面,微型化和智能化体现了硅基器件的主流方向,人们对硅基材料和器件的研究热点可归纳于以下三方面:第一,硅材料的表面处理和加工。电子器件的进一步微型化使该研究成为半导体工业中的最重要课题之一,它主要包括硅表面的清洗、刻蚀和钝化等半导体工艺过程。硅片清洗对器件的成品率、寿命和可靠性有至关重要的影响:硅表面的刻蚀研究乇鹗歉飨蛞性腐蚀技术删龆ü杵矫婕庸ぜ际鹾透丛拥奈⒌缁迪低持票讣际醯姆⒄菇蹋汗璞砻的钝化对于提高器件的可靠性、稳定性并实现有选择性的硅加工是必不可少的措施。第二,硅基器件性能的改进和发掘。性能改进主要表现在硅基器件的智能化,如用功能性有机材料修饰硅的表面,它不仅在制备具有生物活性的生物芯片、分子电子器件、传感器等方面有着广阔的应用前景,而且还可以对硅表面进行选择性保护,从而为随后的表面加工、器件制作开辟新途径:新性能的发掘则主要是基于硅材料在纳米尺度下所体现的特殊性质的探索,例如发光多孔硅极大地推动硅基发光材料的研究进展,因为它有望在不放弃日臻成熟的硅工艺上发展光集成技术或光电子集成。随着纳米科技的飞速进展,有序纳米硅基材料的研制和开发将可能将信息技术推向一个全新的阶段。第三,硅元件的连接材料凸杵骷姆庾安牧的研究。随着超大规模集成电路三维尺寸的不断降低,现有的连接材料成为了制约器件运行速度、器件稳定性的瓶颈之~。例如电路尺寸不断缩小而产生的栅电阻增大、多层金属布线带来的欧姆接触和电迁移等问题。那些能在硅片上外沿生长的自对准硅化物,由于具有较高的热稳定性和良好的导电能力,已受到人们的极大关注并已成为制备器件的关键技术之一。随着硅器件的小型化,研究和发现具有较低电阻率、较高热稳定性、较低位错、,上述硅研究的‘
,统地对谱仪和实验条件进行各种优化./主要采取了以下三方面的措施:第一,优化谱仪实验条件。在采用其有很高的检测灵敏度的新一代的拉曼谱仪一共焦本论文工作首先双方法论的角度出发,探索如何建立可在硅反应环境中进行现场研究良影响这两个关键问题,从改善实验的可操作性等方面出发,通过不断的摸索和改进,系后对硅表面或体相进行加工和功能化,最后用低阻材料组装各元件并集成化。为了在上述三个方向上有所突破,从原子和分子水平到纳米尺度对有关研究体系进行现场表征是十分必要的。硅的表面结构和表面键合形式鐂篐、:以及硅与金属的键合等苯臃从成踔辆龆斯璧囊幌盗形锢砗突灾室约跋喙氐募庸すひ眨有表征具体分子和材料结构的能力的谱学技术,尤其是振动光谱技术焱夤馄祝推导术以及拉曼光谱抟墒侵匾5难芯糠椒ā5捎谡庑┘际醴直鸫嬖谧陨淼木窒抟约肮韫艺中的条件特别苛刻,例如需要腐蚀性强的溶液或气体,而导致有关的包括振动光谱在内的谱学技术的现场研究工作难以开展。显而易见,寻求建立合适的研究方法,尤其是建立可进行现场研究的谱学方法势在必行。拉曼光谱技术由于具有较易建立现场检测装置、受水溶液的干扰较小、能够检测到较低频率的优点,尤其是对材料的纳米结构和相变具有独特的选择性而逐渐受到重视,它有望在硅的三大研究方面发挥重要作用。但是,明显制约其应用的瓶颈是它的低检测灵敏度和苛刻的硅工艺环境,因此,迄今为止,有关这方面的报道和论文屈指可数。斗的拉曼光谱方法。在已优化的拉曼光谱仪和实验条件的基础上,分别围绕硅工业中的三个主要研究热点,研究硅的湿法刻蚀过程、硅氢表面在各种溶液介质的初始氧化过程、硅的增强拉曼散射现象、多孔硅的形成过程和钴膜在硅表面上的高温固/固反应过程。其主要研我们针对如何充分发挥谱仪的检测灵敏度、克服硅的苛刻反应环境对人体和仪器的不显微拉曼谱仪同时,亦需对实验条件进行优化才能检测到单层物种的非增强表面拉曼光谱,如选择台适的激发线波长,使被研究的谱峰位置处于觳馄鞯淖盍槊羟貉≡窆步构学系统,以排除溶液本体信号的干扰;选择合适的显微物镜以增大收集立体角和避免物镜浸泡于溶液中。第二,优化硅表面的粗糙方法。由于硅表面键合物种的有关拉曼信号较弱,除了优化此