《氫熱處理對矽單晶納米結構形貌控制特徵研究》是依託南京大學，由施毅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：氫熱處理對矽單晶納米結構形貌控制特徵研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：施毅
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著微納技術的不斷進步以及新型器件功能實現的內在需要，對納米結構實現精細調控提出了越來越高的要求。本課題重點研究高溫下氫與矽單晶表面原子的相互作用特徵，掌握氫熱處理對矽納米結構形狀的有效調製以及實現平滑表面的方法，為矽小尺寸MOS器件、納米線基太陽電池及深亞波長光電器件的發展提供科學與技術基礎。研究工作將採用微納加工獲得特定結構形貌的矽單晶樣品，對各種氫氣氛熱處理條件，包括溫度、壓強、氫成份、時間及電漿等作用下，表征分析其結構形狀和表面形貌的變化特徵，揭示結構演變規律和關鍵參數；同時，採用蒙特卡羅方法模擬不同晶面化學勢對原子表面擴散的作用特徵，給出在氫作用下結構形貌演變基本過程。我們將階段研究成果及時與國內相關科研項目相結合套用於器件研製。
結題摘要
隨著矽MOS器件尺寸不斷縮小並從2D進入到3D，對納米結構實現精細調控提出了更高的要求。本課題重點研究高溫下氫與矽單晶表面原子的相互作用特徵，掌握氫熱處理對矽納米結構形狀的有效調製及實現平滑表面的方法。設計並組裝了一套氫氣氛快速高溫退火系統用於實驗研究。通過對微納加工獲得特定結構形貌的矽單晶的氫氣氛熱處理實驗研究，測試顯示納米結構上表面的粗糙度明顯降低，並且出現了原子級的台階。同時，觀察氮氣和真空高溫熱處理會使矽原子的擴散更加明顯，使單晶矽表面變得粗糙並導致微孔的產生。對不同晶面的鍺單晶的實驗發現氫熱處理同樣有效改變表面的粗糙度，特別是（100）晶面。在理論模擬分析上，採用了第一性原理模擬分析氫熱處理基團鍵能變化特徵。基於蒙特卡羅方法，模擬了氫熱處理過程對Fin-MOSFET結構的影響，給出三維溝道側面粗糙度和線寬粗糙度的變化特徵，指出在面擴散機制下可以很好的控制Fin結構的形貌變化。通過施加機械形變的方法產生單軸張應變、壓應變，和雙軸張應、壓應變，研究了各應變條件下MOSFET工作特性變化規律。研究工作成果對矽納米結構形貌精細調控和3D結構的 MOSFETs發展具有重要的學術意義。
