近物所离子联合注入单晶硅制备SOI材料研究获进展

2011-4-25 11:02 来源: 中国科学院
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  中科院近代物理研究所科研人员将320 kV高压平台提供的氦离子和氧离子联合注入单晶硅,研究氦离子注入所导致的氦泡和纳米空腔与氧原子的相互作用机理,获得进展。

  实验中,科研人员首先向单晶硅中注入30 keV、3×1016/cm2的氦离子,然后将样品切成两块:一块做退火处理,退火温度为1073K,退火时间为30分钟;另外一块不做退火处理。实验清楚地表明:退火前样品内部存在高密度的氦泡。其截面透射电镜结果如图1所示。

  科研人员将注氦后的样品再注入100 keV的氧离子,剂量为3×1016/cm2。再选择一块单晶硅,注入同样条件的氧离子。氧离子注入完成后,经高温退火处理 (1423K,3h和1473K,2h),退火气氛为Ar/O2 (100/10)。利用截面透射电镜研究了样品内部的微结构氧原子分布,发现氦、氧离子联合注入能够提高样品内部氧的含量,降低样品内部缺陷的密度,如图2和3所示。

  这些研究表明:氦离子注入所导致的纳米气泡能够有效地捕获氧原子和硅间隙子,这为今后研究如何制备低缺陷密度的超薄silicon-on-insulator (SOI) 材料提供了重要参考数据。

  研究结果发表在Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B (269 (2011) 739-744)。

图1 30 keV,3×1016/cm2的氦离子注入单晶硅,退火前(a)和退火后(b)的截面电镜照片。可以清楚地看出退火前样品内部存在高密度的氦泡。

图2 (a) 注氦经退火再注氧;(b)注氦后直接注氧;(c)注氧的氧原子对深度分布

 

图3 (a) 注氦经退火再注氧;(b)注氦后直接注氧;(c)注氧的截面透射电镜照片(暗场像,箭头指向样品表面)