基于外延层转移的GaAs PIN与Si异构集成技术

<正>南京电子器件研究所采用外延层转移技术在国内率先开展了晶体管级异构集成方面的研究,并于2013年突破了超薄外延层的剥离技术、异质圆片的键合技术等异构集成关键技术,成功地将3μm厚的76.2 mm(3英寸)GaAs外延层薄膜完整地剥离并转移到Si衬底上(如图1所示),并进行了Si基GaAs PIN二极管的制备。测试表明,Si基GaAs PIN二极管性能与GaAs基PIN二极管性能相比没有发生退化(如图2所示),且具有较好的片内一致性(如图3所示),这说明整套外延层转移工艺并未对外延层的质量产生影响。     

InP HBT/Si CMOS 13 GSps 1:16异构集成量化降速芯片

<正>南京电子器件研究所通过外延层转移的方法在国内首次实现了InP HBT与Si MOSFET两种晶体管的单片异构集成,突破了InPHBT外延层转移、三维高密度异构互联、异构集成电路设计等关键技术,研制出13 GSps 1:16异构集成量化降速芯片,如图1所示,共包含453个0.7μm InP HBT器件与1036个0.18μm Si MOSFET器件。表1展示了不同工艺的量化降速电路性能的比较,可以看出本文报道的异构     

硅基异质集成技术发展趋势与进展

目前主流的异质集成技术有单片异质外延生长、外延层转移和小芯片微米级组装。硅基异质集成主要是指以硅材料为衬底集成异质材料(器件)所形成的集成电路技术。它首先在军用微电子研究中得到重视,并逐渐在民用领域扩展。硅基异质集成技术正处于芯片级集成向晶体管级集成的发展初期,已有关于晶体管级和亚晶体管级集成的报道。本文重点研究了单片三维集成电路(3D SoC)、太赫兹SiGe HBT器件、超高速光互连封装级系统(SiP)、单片集成电磁微系统等硅基异质集成技术前沿,展现了硅基异质集成技术的发展趋势,及其在军用和民用通信、智能传感技术发展中所具有的重要意义。     

GaAs pHEMT与Si CMOS异质集成的研究

基于圆片级外延层转移技术,将完成GaAs pHEMT有源器件加工的外延层从原有衬底上完整地剥离下来并转移到完成工艺加工的Si CMOS圆片上,基于开发的异类器件互联以及异类器件单片集成电路设计等一系列关键技术,进行了GaAs pHEMT与Si CMOS异质集成单片电路的工艺加工。研制的GaAs pHEMT与Si CMOS异质集成单片数字控制开关电路与传统的GaAs pHEMT单片电路相比,芯片面积减小15%。     

硅缓冲层提高选区外延生长硅基锗薄膜质量

研究了Si缓冲层对选区外延Si基Ge薄膜的晶体质量的影响。利用超高真空化学气相沉积系统,结合低温Ge缓冲层和选区外延技术,通过插入Si缓冲层,在Si/SiO_2图形衬底上选择性外延生长Ge薄膜。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)表征了Ge薄膜的晶体质量和表面形貌。测试结果表明,选区外延Ge薄膜的晶体质量比无图形衬底外延得到薄膜的晶体质量要高;选区外延Ge薄膜前插入Si缓冲层得到Ge薄膜具有较低的XRD曲线半高宽以及表面粗糙度,位错密度低至5.9×10~5/cm^2,且薄膜经过高低温循环退火后,XRD曲线半高宽和位错密度进一步降低。通过插入Si缓冲层可提高选区外延Si基Ge薄膜的晶体质量,该技术有望应用于Si基光电集成。     

一种新颖的应变Si沟道 pMOSFET制作技术

在应变Si沟道异质结场效应晶体管(HFET)制作过程中,引入分子束外延(MBE)低温Si(LT-Si)技术,大大减少了弛豫SiGe层所需的厚度.TEM结果表明,应变Si层线位错密度低于106cm-2.原子力显微镜(AFM)测试表明,其表面均方粗糙度小于1.02nm.器件测试结果表明,与相同条件下的体Si pMOSFET相比,空穴迁移率提高了25%.     

一种新颖的应变Si沟道 pMOSFET制作技术

在应变Si沟道异质结场效应晶体管(HFET)制作过程中,引入分子束外延(MBE)低温Si(LT-Si)技术,大大减少了弛豫SiGe层所需的厚度.TEM结果表明,应变Si层线位错密度低于106cm-2.原子力显微镜(AFM)测试表明,其表面均方粗糙度小于1.02nm.器件测试结果表明,与相同条件下的体Si pMOSFET相比,空穴迁移率提高了25%.     

Si衬底上生长GaAs的技术

最近国外成功地用分子束外延法在Si衬底上生长出高质量的GaAs多晶.他们在3英寸Si衬底上研制出基极调制掺杂GaAs FETs(MODFETs),MESFETs和异质结双极晶体管,还成功地利用这项技术将SiMOSFETs与GaAsMESFETs进行集成.用Si作衬底生长的GaAs MESFETs跨导及夹断电压等性能均好于在GaAs衬底上制造的器件性能.     

一种新颖的应变Si沟道pMOSFET制作技术

在应变Si沟道异质结场效应晶体管（HFET）制作过程中，引入分子束外延（MBE）低温Si (LT-Si）技术，大大减少了弛豫SiGe层所需的厚度. TEM结果表明，应变Si层线位错密度低于1E6cm-2.原子力显微镜（AFM）测试表明，其表面均方粗糙度小于1.02nm.器件测试结果表明，与相同条件下的体Si pMOSFET相比，空穴迁移率提高了25%.     

UHV/CVD法生长硅基低位错密度厚锗外延层

采用超高真空化学气相淀积系统,以高纯Si2 H6和GeH4作为生长气源,用低温缓冲层技术在Si(001)衬底上成功生长出厚的纯Ge外延层.对Si衬底上外延的纯Ge层用反射式高能电子衍射仪、原子力显微镜、X射线双晶衍射曲线和Ra-man谱进行了表征.结果表明在Si基上生长的约550nm厚的Ge外延层,表面粗糙度小于1nm,XRD双晶衍射曲线和Ra-man谱Ge-Ge模半高宽分别为530'和5.5cm-1,具有良好的结晶质量.位错腐蚀结果显示线位错密度小于5×105cm-2可用于制备Si基长波长集成光电探测器和Si基高速电子器件.