低溫晶片鍵合的實(shí)驗(yàn)和動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、隨著光電信息技術(shù)的發(fā)展，要求器件的尺寸越來(lái)越小，器件的性能越來(lái)越高，把不同的器件集成到一起已成為光電子器件研究的熱點(diǎn)。而器件集成的實(shí)現(xiàn)是以材料集成的突破為先決條件。因此問題的關(guān)鍵主要集中在如何實(shí)現(xiàn)不同半導(dǎo)體材料間的異質(zhì)兼容，從而最終實(shí)現(xiàn)器件的單片集成或準(zhǔn)單片集成。由于GaAs和InP的晶格常數(shù)存在較大的失配，所以應(yīng)用傳統(tǒng)的異質(zhì)生長(zhǎng)技術(shù)得到的GaAs、InP的異質(zhì)結(jié)構(gòu)難以滿足器件對(duì)材料提出的要求。對(duì)GaAs、InP晶片鍵合技術(shù)進(jìn)行研究，正

2、是為了利用鍵合技術(shù)集成材料的優(yōu)勢(shì)，得到高質(zhì)量的GaAs、InP異質(zhì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而獲得高性能的器件。本論文對(duì)于利用低溫晶片鍵合技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)大失配材料的準(zhǔn)單片異質(zhì)兼容的若干理論機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，并在實(shí)驗(yàn)上探討了InP／GaAs的低溫鍵合技術(shù)。主要的工作如下： 1．對(duì)鍵合技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀，鍵合的方法以及鍵合技術(shù)在不同領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)。 2．通過對(duì)鍵合晶片表面能和彈性能的分析推導(dǎo)出了鍵合發(fā)生的判定依據(jù)，并根據(jù)此依據(jù)分析

3、了晶片表面的宏觀尺度的彎曲對(duì)鍵合的影響。得出：鍵合晶片的厚度在鍵合中起重要作用。 3．由鍵合發(fā)生的判定依據(jù)給出了刻蝕對(duì)鍵合的影響。淺層的刻蝕圖案使得鍵合的發(fā)生更加困難，而深層刻蝕可以促進(jìn)鍵合。 4．利用晶片表面形貌的周期性傅里葉級(jí)數(shù)的表達(dá)形式，導(dǎo)出了室溫下鍵合應(yīng)力的表達(dá)式以及其與鍵合能的關(guān)系。得出：鍵合晶片厚度越薄，對(duì)鍵合表面平整度要求就越低；鍵合界面能越大，晶片就越容易鍵合。 5．根據(jù)雙金屬帶熱應(yīng)力分布理論，分

4、析了由高溫退火引起的晶片鍵合界面剪切應(yīng)力和正應(yīng)力的分布。剪應(yīng)力大部分集中在鍵合晶片的邊緣區(qū)，并且以指數(shù)形式增長(zhǎng)；而正應(yīng)力在晶片邊緣附近迅速下降，到達(dá)晶片邊緣時(shí)(x=r)減小為零。 6．從理論上推導(dǎo)了高溫退火引起的鍵合界面形變，得出：高溫退火有利于增加鍵合面積。 7．運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)理論建立了Si-Si和Si02-Si02鍵合界面的模型。模型建立在粒子數(shù)恒定，體積恒定，能量恒定的微正則系綜下。模擬出了Si-Si和Si02-S