位錯在硅基發(fā)光材料中的應用

位錯在硅基發(fā)光材料中的應用1251691秦健瑜1251699袁默斐硅中的位錯現象CONTENTS研究背景位錯在硅基發(fā)光材料中的應用04010203未來發(fā)展與展望研究背景01超大規(guī)模集成電路

信息的傳遞、存儲、處理光電子傳輸硅芯片光電子技術

光子代替電子作為信息載體，大大提高信息傳輸的速度和容量，使信息技術的發(fā)展登上新的臺階。研究背景01硅基光電子技術現存問題：硅基材料穩(wěn)定、高效發(fā)光的理論與工藝研究。>設計新的硅基光電子器件，研究新的光電子器件的集成技術，使之與傳統(tǒng)硅微電子技術兼容。>02硅中的位錯現象Si是金剛石結構晶體。>拖動集：距離比較遠的平面稱之為拖動集，如圖中的B,b之間平面。>位錯將在滑動面或者拖動面內運動。>滑動集：金剛石結構存在著兩個不同[111]面，在[111]方向上兩個原子面之間距離比較近的面的集合稱之為滑動集，如圖中a,B之間平面。>金剛石結構晶體中存在的位錯有90度位錯，30度位錯，60度位錯和螺位錯。>02硅中的位錯現象高解析度電子顯微鏡（HREM）下Si中60度全位錯構型圖中b為柏氏矢量的方向，白色“T”表示60度位錯芯所在的位置。02硅中的位錯現象拖動面內的60度位錯最顯著的特征是位錯芯部分的八邊形以及上下相比多出來的多余半原子面。正是由于這個多余半原子面的出現釋放了上下兩部分晶格失配帶來的應變。>

拖動面內的60度位錯與滑動面內的位錯相比，發(fā)生分解的勢壘前者能量要高，因而結構也比較穩(wěn)定。>

拖動面內的全位錯在Si塑性變形中起著重要的作用。>拖動面內60度位錯02硅中的位錯現象滑動面內60度位錯拖動面內60度位錯區(qū)別：滑動面：[01-1]方向看過去與八邊形相連的五邊形，以及從[111]方向看到的間斷的位錯芯結構。02硅晶體中位錯的引人主要有3種形式：一、通過高溫形變過程，在硅晶體中引人一定密度的滑移位錯，這種位錯一般認為是干凈的，即沒有其它雜質在其中沉淀或綴蝕。二、通過高溫熱處理具有一定氧濃度的直拉硅單晶，由于氧沉淀的生成，導致大量自間隙硅原子被發(fā)射到硅基體中，形成高密度的位錯環(huán)等缺陷。三、通過離子注人硼、磷等雜質，在硅晶體中形成量子尺寸的位錯環(huán)。不同的方式引人位錯，研究發(fā)現都能發(fā)光，只是強度不同，發(fā)光的光譜不同，而且還受到其它因素，如載流子濃度、金屬雜質等影響。硅中的位錯現象位錯在硅基發(fā)光材料中的應用0310090807060504030201D1：0.812eVD3:0.934eVD2:0.875eVD4:1.000eV

D1,D2：與位錯的本質特征有關。強度與激發(fā)波長、含位錯硅晶體的表面狀況有關系。D3,D4：由位錯核心中的電子躍遷引起。位錯之間的距離越大，分離的位錯數目越多，則D3和D4分裂成的峰越多。D1和D2的強度和寬度與位錯密度成正比，在密度較高的情況下D1是主要的發(fā)光峰，而且相比于D2,D3和D4，其強度受溫度的影響小。Sauer等認為：位錯在硅基發(fā)光材料中的應用影響硅晶體中位錯發(fā)光的因素金屬玷污氧沉淀襯底摻雜濃度摻雜類型03氧沉淀

氧是直拉硅單晶中的主要雜質，在晶體生長的后期以及集成電路工藝過程會產生氧沉淀，發(fā)射出大量的自間隙硅原子在硅基體中形成位錯等缺陷，而位錯又能吸引新的氧沉淀在其上偏聚，導致位錯熒光光譜的變化，一般認為這些缺陷的熒光光譜都在0.8-1.0eV范圍內。同時，對位錯、氧沉淀的發(fā)光和溫度的關系進行了研究，發(fā)現隨著溫度的升高，它們的發(fā)光強度逐漸變弱。摻雜類型Pizzini等對摻氮的直拉單晶硅(CZSi)和區(qū)熔硅(FZSi)中由高溫塑性形變引入的位錯發(fā)光性能的研究表明，摻氮樣品的低溫位錯發(fā)光峰D1-D4的峰位發(fā)生偏移，強度有所變化。03位錯在硅基發(fā)光材料中的應用摻氮CZSi和FZSi位錯的D峰熒光光譜

摻氮的樣品，激發(fā)譜峰的強度下降，位錯的PL（光致發(fā)光）強度增加，峰位均發(fā)生少量偏移，并且出現了強度與D3,D4可比的0.773eV的峰。未來發(fā)展與展望Emel'yanov等通過表面織構和區(qū)熔硅分別提高了離子注入LED的電致發(fā)光的光吸收率和少數載流子壽命使得該類發(fā)光器件室溫電致發(fā)光能量轉換效率達到0.85%。04Green等

帶間復合電致發(fā)光峰的強度和峰位在120-300K范圍內十分穩(wěn)定;在80-500K范圍內，電致發(fā)光強度差異不超過2倍。04最終目的通過硅基發(fā)光實現光耦合互連突破電子傳輸的瓶頸，大幅度提高計算機的運算速度和存儲容量。未來發(fā)展與展望THANKYOU