绝缘体上锗（GOI）纳米带的制备及其应变机理研究

【摘要】绝缘体上锗(GOI)材料具有高迁移率、在光通信波段大的吸收系数、与成熟的硅工艺兼容等特点,被认为是未来Si基集成高效光源及下一代微电子器件的重要材料之一。然而Ge的间接带特性是发光器件面临的最大挑战,因此无论是应用于Si基发光还是提高器件沟道内载流子的迁移率,都需要制备较大应变的Ge材料,本论文设计了两种制备GOI纳米带的方法来提高Ge的应变,主要工作和创新点如下：1.利用有限元软件模拟了在GOI纳米带两侧分别沉积Si3N4、SiO2介质薄膜和无介质覆盖三种情况下的应变分布,分析了纳米带尺寸及介质薄膜材料对提高Ge纳米带张应变的影响。发现在GOI纳米带侧壁沉积Si3N4时Ge的应变较大,并且Ge纳米带宽度减小至50nm左右时,应变达到了最大(εxx=1.16%,εyy=0.49%)。该结果为张应变Ge纳米带的实验制备提供理论依据。2.基于循环氧化退火和全息光刻的方法,利用绝缘体上硅(SOI)衬底上外延Si/SiGe/Si结构,制备出了500nm宽的GOI纳米带阵列。通过沉积Si3N4应力层及高温退火提高Ge应变,得到了张应变为0.62%的GOI纳米带。模拟分析结果表明热处理过程中Ge与其上下表面SiO2层的热失配是提高GOI纳米带应变的主要原因。3.首次提出了在SO1衬底上制备尺寸及Ge组分可调控的的SiGe纳米带的方法。分析了循环氧化退火过程中SiGe纳米带尺寸和Ge组分变化情况。将SiGe纳米带从衬底剥离并对其进行二次氧化浓缩,制备出了宽度约为100nnm且应变达到2%以上的压应变Ge纳米带,同时发现氧化退火过程中纳米带通过向内侧凸起的小岛及断裂等方式释放部分应力。模拟结果表明冷却收缩对Ge的径向和沿纳米带方向的挤压作用是产生压应变的主要原因。
【作者】卢卫芳；
【导师】李成；
【作者基本信息】厦门大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】张应变；GOI纳米带；有限元；全息光刻；氧化退火；压应变；

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