光电集成中异质兼容的晶片键合技术及纳米线生长技术研究

论文摘要

21世纪的信息技术将是以信息功能材料为基础的微电子、光电子和光子技术融合的高技术。发展光集成技术或光电集成技术,研制低成本、高性能的光电信息器件将变得尤为重要。光电集成中的各系材料都有其独特的物理特性。为了综合利用各系材料的不同特性,必须发展异质光电集成。本论文针对解决异质光电集成中材料晶格失配,材料热膨胀系数不同这两大难题的关键技术—低温晶片键合技术、纳米线生长技术进行了实践与研究,主要内容如下：1.深入学习了键合技术的基本原理,低温键合的方法尤其是InP/Si, GaAs/Si的键合方法,以及键合技术的主要应用。2.对晶片键合过程中产生的热应力进行了分析,推断出降低退火温度（即低温键合）是减少热应力对键合影响的最有效的方法。3.与人合作在实验中通过硼化物表面处理,成功实现了InP/Si晶片间简单、无毒性的低温键合（退火温度为270℃）。键合界面具有很好的形貌特征。通过测试Ⅰ-V曲线说明键合界面具有很好的电学特性。利用SIMS测得键合晶片的SiO2中间层厚度约为21.56nm,结合XPS测试,证实了硼酸溶液处理后的晶片表面由P、O、As、B、Si这五种元素之间通过架桥氧的结合为主（SiO2-B2O3-P2OX）,从而保证了在低温下实现高键合强度。4.深入学习了Ⅲ-Ⅴ族纳米线的生长技术,分析了各种生长条件对生长过程的影响。5.与人合作在实验中通过气液固（VLS）法成功的在InP衬底上生成了InP纳米线,并在理论上对产生各种InP纳米线形态的原因进行了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 论文的结构安排
• 第二章 键合技术综述
• 2.1 引言
• 2.2 晶片键合技术的基本原理与工艺过程
• 2.2.1 晶片键合技术的理论依据
• 2.2.2 晶片键合技术的趋势与低温键合过程
• 2.3 晶片键合技术的主要应用
• 2.4 晶片键合的热应力的影响及解决途径
• 2.5 低温晶片键合技术的实验研究
• 2.5.1 Si/InP表面活化低温晶片键合过程
• 2.5.2 Si/InP键合界面形貌分析
• 2.5.3 I-V特性测试
• 2.5.4 二次离子质谱（SIMS）
• 2.5.5 X射线光电子能谱（XPS）
• 2.6 本章小结
• 第三章 纳米线生长技术的研究
• 3.1 引言
• 3.2 纳米线的性质
• 3.2.1 量子限制效应
• 3.2.2 结构和力学性质
• 3.2.3 热性能
• 3.2.4 电子传输性质
• 3.2.5 光学性质
• 3.2.6 化学与生物传感性质
• 3.2.7 声学性质
• 3.2.8 磁学性质
• 3.3 纳米线的生长技术
• 3.3.1 气液固法（VLS）
• 3.3.2 激光辅助生长法
• 3.3.3 热蒸发
• 3.3.4 金属催化分子束外延
• 3.3.5 溶液法
• 3.4 InP纳米线生长实验的研究分析
• 3.4.1 MBE纳米线生长过程研究
• 3.4.2 MOCVD纳米线生长过程研究
• 3.4.3 InP纳米线生长及其形态分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文