Pt/Si界面化学键性质的研究

在超高真空系统中,超薄层 Pt淀积膜原位蒸发在原子清洁的 Si(111)表面上形成 Pt/Si界面.利用光电子谱技术(XPS和UPS)研究了Pt/Si 界面的化学性质.测量了Si2p和Pt 4f芯能级和价带电子态,并着重研究这些芯能级及电子态在低覆盖度时的变化.由 Si(2p)峰的强度随 Pt 覆盖度的变化可以清楚证明:在 300 K下淀积亚单原子层至数个单原子层 Pt的 Pt/Si(111)界面发生强烈混合作用,其原子组伤是缓变的.由于Si原子周围的 Pt原子数不断增加,所以 Pt 4f芯能级化学位移随 Pt原子覆盖度的增加而逐步减小,而Si 2p芯能级化学位移则逐步增大.同时,Pt 4f峰的线形也产生明显变化,对称性增加;Si 2p峰的线形则对称性降低.淀积亚单原子层至数单原子层Pt的UPS谱,主要显示两个峰:-4.2eV(A峰),-6.0eV(B峰).A峰随着覆盖度的增加移向费米能边,而B峰则保持不变.这说明Ptd-Sip键合不受周围Pt原子增加的影响.利用Pt/Si界面Pt原子向Si原子的间隙扩散模型讨论了所观察到的结果.     

Cr/GaAs界面的反应特性及电子性质的研究

本文对金属Cr淀积在GaAs(100)清洁表面后引起的界面反应及电子性质的变化作了较详细的研究.我们给出了具体的模型描述初始界面的突发反应过程,分析了突发反应的起因,并认为初始As的析出是造成界面突发反应的一个重要因素.实验结果表明:随着覆盖度θ的增大,Cr2p结合能不断趋向纯金属的结合能,即向较高的结合能方向移动;同时峰形愈来愈对称,即拖尾效应减弱,这与Cr/Si界面Cr的变化规律极其相似,而与通常的过渡金属(TM)在TM/Si界面及 TM/GaAs界面的变化规律不同,显示出Cr特有的变化规律.随着退火温度的升高,Cr/CaAs界面的反应加剧;由于 Cr的内扩散加强,在界面处形成 CrAs,阻挡了As的外扩散,而界面余留的Ga原子随着温度升高外扩散有所增强.     

InP/GaAs材料和器件的直接键合

采用三步法在GaAs衬底上实现InP材料的键合,通过X-射线光电子谱(XPS)对样品键合界面进行化学价态和深度分布分析.结果表明,键合温度小于450℃时,样品界面主要由三维氢键网络组成;大于450℃时界面处发生互扩散,Ⅴ族元素主要在界面处富集,而Ⅲ族元素具有较深的扩散.因此提出界面层以InGaAs、InGaP为主,这种界面化学态的变化对样品的Ⅰ-Ⅴ特性和键合强度都具有实质意义的影响,同时由于异质结带阶的存在,要获得良好的电学性质和强度,键合温度并不是越高越好,而是存在一个最佳温度.最后,在GaAs衬底上成功地键合了InGaAs/InP光电探测器.     

Cr/GaAs(100)界面形成和界面反应的SRPES研究

利用同步辐射光电发射研究了Ｃｒ／ＧａＡｓ（１００）界面形成和结构．室温下，当Ｃｒ覆盖度低于０．２ｎｍ时，Ｃｒ与ＧａＡｓ衬底的作用很弱，没有反应产物生成．覆盖度高于０．２ｎｍ时，开始发生界面扩散和反应，Ａｓ原子与Ｃｒ生成稳定的ＣｒＡｓ化合物，而Ｇａ原子则与Ｃｒ形成组分变化的ＣｒＧａ合金相，并居于界面处．提高界面形成温度可显著地加剧界面混合和反应，引起表面偏析Ａｓ的出现．芯能级谱的结合能与强度分析表明，反应产物可作为有效的势垒（化学陷阱），阻止衬底的Ｇａ的外扩散．此外还比较了Ｃｒ与ＧａＡｓ（１００）及ＧａＡｓ     

铬硅化物的形成及其界面反应

利用AES,XRD,UPS,XPS等技术研究了(0-1000A)Cr-Si(111),(100)系统在不同真空条件,不同温度热处理和不同Si表面状态下,铬硅化物的形成及其界面反应演化问题。在一定条件下,铬硅化物的形成规律为:Cr/Si→CrSi_2→CrSi,其中CrSi_2是一个亚稳相。Cr-Si界面在室温下的反应演化过程是:金属Cr/富Cr相(2—4A)/Cr-Si互混相(～10A)/富Si相(～2A)/Si。Cr-Si界面只有加热后才能形成确定化学配比的硅化物。形成各种硅化物的条件除与退火温度,真空条件有关外,还与覆盖度θ,硅表面状态和热处理时间有关。对于Cr—Si界面及铬硅化物的电子性质也进行了讨论。     

Ti/Si和Ti/O/Si界面相互作用的研究

本文利用XPS、UPS和AES等分析技术,对不同清洁处理的Ti/Si(111)界面进行了研究.在超高真空(～4 × 10~(-10)mbar)中,高纯Ti(99.99％)淀积在Si(111)表面上.Ti/S界面产生相互作用.Ti2p和Si2p芯能级产生化学位移,利用电子组态变化的观点解释了所观测到的化学位移.具有氧玷污的Ti 蒸发源,淀积在Si(111)表面上,没有观察到界面相互作用.如果在Si(111)表面存在极薄的氧化层,则在界面处首先形成 Ti的氧化物.文中讨论了氧玷污对界面互作用的影响.     

Ni/Pd/Si固相反应及NiSi热稳定性增强研究

研究了Ni/Pd双层薄膜在硅衬底上的硅化物形成过程.结果表明,加入Pd层后,退火形成Ni1-xPdxSi固熔体,该固熔体比NiSi的热稳定性好,使得NiSi向NiSi2的转变温度升高.加入Pd的量越多,NiSi2的成核温度越高,并用经典成核理论解释了该现象.     

Ni/Pd/Si固相反应及NiSi热稳定性增强研究

研究了Ni/Pd双层薄膜在硅衬底上的硅化物形成过程.结果表明,加入Pd层后,退火形成Ni1-xPdxSi固熔体,该固熔体比NiSi的热稳定性好,使得NiSi向NiSi2的转变温度升高.加入Pd的量越多,NiSi2的成核温度越高,并用经典成核理论解释了该现象.     

NiSi/Si界面的剖面透射电镜研究

采用不同硅化工艺制备了NiSi薄膜并用剖面透射电镜(XTEM)对样品的NiSi/Si界面进行了研究.在未掺杂和掺杂(包括As和B)的硅衬底上通过物理溅射淀积Ni薄膜,经快速热处理过程(RTP)完成硅化反应.X射线衍射和喇曼散射谱分析表明在各种样品中都形成了NiSi.还研究了硅衬底掺杂和退火过程对NiSi/Si界面的影响.研究表明:使用一步RTP形成NiSi的硅化工艺,在未掺杂和掺As的硅衬底上,NiSi/Si界面较粗糙;而使用两步RTP形成NiSi所对应的NiSi/Si界面要比一步RTP的平坦得多.高分辨率XTEM分析表明,在所有样品中都形成了沿衬底硅〈111〉方向的轴延-NiSi薄膜中的一些特定晶面与衬底硅中的(111)面对准生长.同时讨论了轴延中的晶面失配问题.     

Study of NiSi/Si Interface by Cross-Section Transmission Electron Microscopy

采用不同硅化工艺制备了NiSi薄膜并用剖面透射电镜(XTEM)对样品的NiSi/Si界面进行了研究.在未掺杂和掺杂(包括As和B)的硅衬底上通过物理溅射淀积Ni薄膜,经快速热处理过程(RTP)完成硅化反应.X射线衍射和喇曼散射谱分析表明在各种样品中都形成了NiSi.还研究了硅衬底掺杂和退火过程对NiSi/Si界面的影响.研究表明:使用一步RTP形成NiSi的硅化工艺,在未掺杂和掺As的硅衬底上,NiSi/Si界面较粗糙;而使用两步RTP形成NiSi所对应的NiSi/Si界面要比一步RTP的平坦得多.高分辨率XTEM分析表明,在所有样品中都形成了沿衬底硅〈111〉方向的轴延-NiSi薄膜中的一些特定晶面与衬底硅中的(111)面对准生长.同时讨论了轴延中的晶面失配问题.     

硅基底电子束蒸发铝膜阳极氧化特性

研究了硅衬底上电子束蒸发铝膜 ,在 H2 SO4 水溶液中阳极氧化形成硅衬底多孔氧化铝复合结构的过程 .硅衬底电子束蒸发铝膜的阳极氧化过程主要由多孔氧化铝的生长、氧化铝生长向氧化硅生长的过渡和氧化硅生长三个阶段构成 .硅衬底多孔氧化铝复合结构的透射电子显微镜观察表明 ,在硅衬底上形成了垂直于硅表面的氧化铝纳米孔 ,而孔底可形成 Si O2 层 .有序结构多孔氧化铝的形成不依赖于铝膜的结晶状态 ,而是由阳极氧化过程的自组织作用所决定的 .实验表明将多孔氧化铝制备工艺移植到硅基衬底上直接形成硅基衬底多孔氧化铝复合结构是可行的     

基于钯金复合膜亚波长圆孔阵列的氢气传感器的理论研究

提出了一种基于钯金(Pd/Au)复合膜的亚波长圆孔阵列结构的氢气传感模型,用于氢气泄漏及氢气浓度检测。利用时域有限差分法(finite-difference time-domain, FDTD)对该Pd/Au复合膜亚波长圆孔阵列结构进行模拟仿真,计算其复合膜的横纵截面电场能量分布及透射特性,并进一步分析在不同结构参数下该传感结构的异常光 透射(extraordinary optical transmission,EOT) 特性和传感特性。模拟结果表明:Pd/Au复合膜亚波长圆孔阵列结构可产生明显的EOT效应,形成两个突出的异常透射峰,记作峰Ⅰ、峰Ⅱ。当通入氢气时,钯(Pd)膜会吸收氢气引起Pd介电常数的变化,导致EOT特性发生改变,具体表现为波长和透射率的改变。氢气浓度由0%上升至4%时,峰Ⅰ和峰Ⅱ的透射率变化量分别可达到0.16和0.24。由于其透射率强度变化比较明显,因此可通过透射峰强度变化来实现对氢气浓度的监控和检测。本文所提出的基于Pd/Au复合膜的亚波长圆孔阵列结构的氢气传感器的圆孔结构加工简单,所镀的Pd膜很薄使传感器响应速度快,EOT效应使该结构信噪比(signal-to-noise ratio,SNR) 高,可利用光电集成技术进行批量生产,具有很强的实用价值。     

H在Pt/Si上的化学吸附对Pt/Si界面特性的影响

本文在一维紧束缚近似下,利用格林函数方法和复能积分技术,研究了H在 Pt/Si上的化学吸附对 Pt/Si界面特性的影响。分别以紧束缚的 d轨道模型和sp杂化轨道模型描述金属 Pt和衬底Si,计算了在H被吸附前、后 Pt/Si的界面能和吸附前、后 Pt的厚度对局域在Si一边的界面电子态密度的影响.     

原位XPS分析Al2O3作为势垒层的Er2O3/Si结构

在超高真空条件下,通过脉冲激光沉积(PLD)技术制作了Er2O3/Al2O3/Si多层薄膜结构,原位条件下利用X射线光电子能谱(XPS)研究了Al2O3作为势垒层的Er2O3与Si界面的电子结构.XPS结果表明,Al2O3中Al的2p芯能级峰在低、高温退火前后没有变化;Er的4d芯能级峰来自于硅酸铒中的铒,并非全是本征氧化铒薄膜中的铒;衬底硅的芯能级峰在沉积Al2O 3时没有变化,说明Al2O3薄膜从沉积到退火不参与任何反应,与Si界面很稳定;在沉积Er2O3薄膜和退火过程中,有硅化物生成,表明Er2O3与Si的界面不太稳定,但随着Al2O3薄膜厚度的增加,其硅化物中硅的峰强减弱,含量减少,说明势垒层很好地起到了阻挡扩散的作用.     

硅基底电子束蒸发铝膜阳极氧化特性

研究了硅衬底上电子束蒸发铝膜,在H2SO4水溶液中阳极氧化形成硅衬底多孔氧化铝复合结构的过程.硅衬底电子束蒸发铝膜的阳极氧化过程主要由多孔氧化铝的生长、氧化铝生长向氧化硅生长的过渡和氧化硅生长三个阶段构成.硅衬底多孔氧化铝复合结构的透射电子显微镜观察表明,在硅衬底上形成了垂直于硅表面的氧化铝纳米孔,而孔底可形成SiO2层.有序结构多孔氧化铝的形成不依赖于铝膜的结晶状态,而是由阳极氧化过程的自组织作用所决定的.实验表明将多孔氧化铝制备工艺移植到硅基衬底上直接形成硅基衬底多孔氧化铝复合结构是可行的,它也为硅基纳米材料的制备提供了一种新的自组织模板.     

Mn／GaAs（100）界面磁性的光电子能谱研究

利用Ｘ光电子谱（ＸＰＳ）和紫外光电子谱（ＵＰＳ），对室温下Ｍｎ在ＧａＡｓ（１００）清洁表面淀积后的电子结构进行了研究．实验结果表明，当锰的覆盖度θ≤θｃ（θｃ≈０．２５ｎｍ）时，界面体系是半导体性的；而当θ＞θｃ时，界面表现出金属性．我们认为这是铁磁交换积分导致３ｄ能带分裂的结果．另外，从Ｍｎ３ｓ芯能级的多重分裂来看，至少从θ＞０．４ｎｍ开始，Ｍｎ的原子局域磁矩大小就不再变化．     

Pd/a-Si:H界面的光电子能谱研究

本文利用光电子能谱(XPS、UPS)技术研究了Pd淀积层与离子注入制备的a-Si∶H层组成的系统.本工作分析了Pd/a-Si∶H的界面键合状态及组分分布的变化对价带谱与芯能级谱的影响,并与Pd/C-Si系统的结果进行了比较.结果表明:Pd/a-Si∶H界面具有与Pd/C-Si界面相似的电子结构;但是,Pd原子在a-Si∶H中具有较大的扩散速率,因此,处于更富Si的环境中。     

硅中间隙式4d过渡金属杂质的电子结构

本文用Xα-SW法研究硅中间隙式4d过渡金属杂质的电子结构.计算结果表明杂质在硅晶体的禁带中引起深能级.和硅中间隙式3d过渡金属杂质的电子结构相比较,我们得到以下两个重要结论:(1)硅中间隙式4d和3d过渡金属杂质性质有类似的化学趋势;(2)发现Pd杂质原子的4d电子态受到周围晶体场作用所产生的位于价带中的成键态dt_2和de(价带中的共振态)有异常大的能量差,即受到很大晶格场劈裂.     

Sn95Sb5焊料与ENIG/ENEPIG镀层焊点界面可靠性研究

研究了Sn95Sb5焊料在化学镍金(ENIG)镀层、化学镍钯浸金(ENEPIG)镀层表面形成的焊点界面微观组织形貌与剪切强度。使用Sn95Sb5焊料在FR4印制板上焊接0805片式电容,焊点在高温时效测试和温度循环过程中均表现出较高的剪切强度,焊点界面连续且完整,剪切强度下降的最大幅度不超过19.2%。Sn95Sb5焊料在ENIG镀层表面形成的焊点(Sn95Sb5/ENIG焊点)强度更高。Sn95Sb5焊料在ENEPIG镀层表面形成的焊点(Sn95Sb5/ENEPIG焊点)界面反应更为复杂,在焊点界面附近可观察到条块状的(Pd,Ni,Au) Sn₄。Sn95Sb5/ENEPIG焊点界面的金属间化合物层平均厚度约为Sn95Sb5/ENIG焊点界面的2倍。     

金属与导电材料

Y98-61438-259 9912703在有 Sn/Pb、Sn/Ag、Sn 焊料的 Ni、Au/Ni 和 Pd/Ni 衬底上生长的过渡金属化合物=Intermetallic compoundgrowth on Ni,Au/Ni,and Pd/Ni substrates with Sn/Pb,Sn/Ag,and Sn solders[会,英]/Blair,H.D.&Pan,T.Y.//1998 IEEE 48th Electronic Components& Technology Conference.—259～267(AG)