《基於自組裝有機大分子的矽基半導體單原子摻雜技術》是依託上海交通大學，由官斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於自組裝有機大分子的矽基半導體單原子摻雜技術
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：官斌
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
大規模操縱單個摻雜原子，對解決深納米CMOS電晶體無序摻雜引起的開啟電壓漂移和探索新型單原子器件具有重要意義。但現有單原子操縱技術主要基於掃描遂穿顯微鏡，速度慢，成本高，無法滿足大規模集成的套用需求。本課題結合有機大分子自組裝和光刻技術，兼容這兩種“自下而上” 和“自上而下”技術的優勢，發展新型大規模單雜質原子操縱技術：一方面利用有機大分子如蛋白質、高分子聚合物和樹枝狀大分子結構穩定、化學修飾可控的特點，攜帶單個磷酸基團，通過小分子鏈與矽晶表面懸掛鍵“錨定”，實現大分子的自組裝；另一方面，利用深納米光刻技術控制懸掛鍵區域的位置和大小，結合蛋白質和聚合物等體積大的特點，達到“一區一個”的自限制目的，最終實現大規模操控單個磷原子的位置，為發展大規模集成單原子電子學邁出關鍵一步。
結題摘要
自組裝單分子膜摻雜是近年發展出來的新型半導體摻雜技術，與傳統的離子注入技術相比，具有不造成半導體晶體損傷、可精確控制雜質分布、適用於3D摻雜和形成超淺摻雜等優勢，在發展深亞納米CMOS電晶體和新型單原子器件上有很大的套用前景。本項目研究發展出了基於攜帶單個雜質原子有機大分子的自組裝摻雜方法，合成了分子量達到84000，平均尺寸為11 nm的含單個磷原子的超支化聚甘油大分子，利用有機大分子在矽表面排步的空間位阻，使摻雜後的雜質原子有序均勻地分布在矽基底中，向單個雜質原子的大規模操控目標邁進了一步。同時，還通過對深能級瞬態譜技術(DLTS)對摻雜矽片進行深入研究，發現了單分子薄膜摻雜技術中一個被忽略但卻至關重要的問題，即作為有機分子骨架的碳原子也會在高溫退火狀況下擴散進行半導體，並與雜質原子形成間隙性碳-代位式雜磷原子（Ci-Ps）深能級缺陷，降低了雜質原子的電活性。針對此問題，項目組採取長時間高溫處理方法改變碳原子缺陷的狀態，有效降低摻雜後樣品中碳缺陷的密度，為發展無缺陷態的單分子薄膜摻雜技術奠定基礎，也為未來發展單原子電子學指明方向。
