《He和H離子注入Si基材料引起的表面剝離及機理研究》是依託天津大學，由劉昌龍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：He和H離子注入Si基材料引起的表面剝離及機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉昌龍
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
採用He和H離子聯合注入到三類單晶Si片(純單晶Si、含氧化層和含氮化層的單晶Si)中，一方面藉助於掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)定量地研究聯合注入引起的表面損傷效應及其對注入和熱處理參數的依賴規律，另一方面使用透射電子顯微鏡(TEM)、可變能量的正電子湮滅譜儀(PAS)、二次離子質譜儀(SIMS)和雙晶X射線衍射儀(XRD)等詳細地分析注入產生的微觀缺陷、氣體原子分布及應力變化，從實驗上揭示Si基材料中氣體離子注入產生的微觀缺陷與巨觀表面損傷效應間的內在聯繫，進而探討Si基材料中輕氣體離子注入誘發表面剝離的微觀機理。該研究不僅有助於深化認識氣體離子與Si基材料相互作用的最基本過程，而且對於輕氣體離子注入在現代Si半導體技術及新型功能複合材料製備中的實際套用奠定實驗和理論基礎。
結題摘要
在本項目中，利用氣體離子單獨或聯合注入單晶Si、含SiO2或Si3N4表面絕緣層的單晶Si三類Si基材料，一方面藉助於掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)詳細地研究了注入引起的表面損傷產生及其熱演變規律，同時，藉助於橫截面試樣透射電子顯微鏡(XTEM)、微區拉曼散射(RM)及可變能量的正電子湮滅譜儀(SPAT)等技術重點研究了典型注入及熱處理條件下微觀缺陷的結構和熱演變規律，建立Si基材料表面損傷產生與微觀缺陷演變之間的內在聯繫。通過實驗研究，取得了以下具有創新性的研究成果：(1)在He和H離子聯合注入的Si3N4/Si材料上首次觀測到了分別對應於表面Si3N4層和注入Si層的兩層表面損傷，基於微觀缺陷的分析，揭示了兩層表面剝離產生的微觀機制；(2)在He和H離子聯合注入及高溫退火的SiO2/Si材料的表面SiO2層中觀測到了3-5 nmSi納米晶的形成，並測試到了與Si納米晶形成密切相關的紫外發光信號，提出了聯合注入下Si納米晶形成的機制；（3）在He和H聯合注入的單晶Si中，發現了與H能量密切依賴的不同表面剝離行為；(4)在N離子單獨注入及N和H離子聯合注入的單晶Si中均觀測到了兩層損傷帶的形成，根據微觀缺陷的定量分析結果，合理地解釋了兩層損傷帶形成的原因；(5)在B和H離子聯合注入的單晶Si中發現了 (111)取向的H板狀缺陷向(100) 取向H板狀缺陷轉化及(100)板狀缺陷擇優生長的現象，推進了對B和H離子聯合注入單晶Si表面增強剝離效應機制的認識；(6)通過Zn離子注入結合He泡形成及熱氧化過程在單晶Si中首次合成尺寸較為均勻的、光學性能優異的ZnO納米顆粒。以上研究成果為認識氣體離子注入Si基材料表面損傷產生的規律、微觀機制及其在現代Si技術和複合材料製備中的套用提供了實驗和理論依據。另外，作為課題的延伸，本項目還開展了金屬離子注入單晶Si和SiO2納米顆粒合成，光學性質調控方面的實驗和理論研究，獲得了較好的階段性研究成果，為深入開展該方面的實驗和理論研究奠定了堅實的基礎。項目研究完成了預期的研究目標，且通過項目的實施，發表標註的SCI論文12篇，參加國際學術會議三個，提交會議論文7篇。培養畢業博士生3名，碩士生5名。
