XOI异质集成材料研究

摘要

未来微电子、光电子器件及智能微系统将继续沿着小型化、集成化和智能化的方向发展,所需的芯片功能更加复杂化、多样化和兼容一体化.这种发展趋势对异质集成技术提出了巨大的需求,异质集成也将为后摩尔时代微电子技术的发展开辟一条全新的道路,在保持原有器件和工艺尺寸的基础,发展异质材料与多种功能器件的一体化集成技术,从而实现单一芯片的功能多样化,特别是实现光电、微能源、模拟、射频、无源器件、MEMS器件的单芯片集成.发展异质集成技术首先要解决不同半导体材料及功能薄膜的异质融合问题,这将为今后实现器件及系统的单片式集成提供重要的材料基础.在材料异质集成方面,传统的外延生长方法,如分子束外延、金属有机化学气相外延、化学气相沉积、物理气相外延和磁控溅射等,存在着晶格失配、晶型失配、互扩散与反向畴等问题,严重影响了薄膜质量和异质集成的灵活性.而离子束剥离与转移技术可以从任意单晶衬底上剥离厚度在纳米尺度的薄膜,并将其与异质材料进行组合,该方法将突破异质外延生长的物理极限,能够在非晶、多晶甚至柔性衬底上集成高质量的单晶薄膜,为实现高质量异质集成材料提供了简单、高效的手段.离子束剥离技术首先在制备绝缘体上的硅(SOI)材料方面已经取得巨大的成功.本报告将介绍采用该技术在晶圆级XOI(X-on-insulator,X=Ⅲ-Ⅴ、宽禁带半导体、功能薄膜)异质集成衬底的制备方面的应用.