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离子注入硅片快速退火后的红外椭偏光谱研究

刘显明 李斌成 高卫东 韩艳玲

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离子注入硅片快速退火后的红外椭偏光谱研究

刘显明, 李斌成, 高卫东, 韩艳玲

Infrared spectroscopic ellipsometry studies of ion-implanted and annealed silicon wafers

Liu Xian-Ming, Li Bin-Cheng, Gao Wei-Dong, Han Yan-Ling
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  • 离子注入硅片经高温退火后晶体结构缺陷会被修复,其在可见光波段下的光学性质趋于单晶硅,常规的可见光椭偏光谱法对掺杂影响的测量不再有效. 本研究将测量波段扩展到红外区域(2—20 μm),报道了利用红外椭偏光谱法测量经离子注入掺杂并高温退火的硅片掺杂层光学和电学性质的方法和结果. 通过建立基于Drude自由载流子吸收的等效光学模型,得到了杂质激活后掺杂层的杂质浓度分布、电阻率和载流子迁移率等电学参数,以及掺杂层的红外光学常数色散关系,分析了这些参数随注入剂量的关系并对其物理机理给予了解释. 研究表明,中远红外
    The optical properties of the ion-implanted and annealed silicon wafer in visible spectral range are close to the single crystalline silicon due to the annealing-induced recrystallization, resulting in the unavailability of normal visible spectroscopic ellipsometry (SE) measurements. In this study, the SE measurements are performed in infrared range (2—20 μm) to characterize the implanted and annealed wafers. An optical model based on the classical Drude free-carrier absorption equation is developed, with which the impurity concentration profile, resistivity, mobility of the carriers, and the dispersion relations of the implanted layer are determined. The relationships between these parameters and the implantation dose are also analyzed. The results suggest that the infrared SE is an effective method to characterize the annealed silicon wafers. Longer wavelength should be used to distinguish lower impurity concentration.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:60676058)资助的课题.
    [1]

    [1]Chen Z M, Wang J N 1999 Basic Material Physics for Semiconductor Devices (Beijing: Science Press) chap 4,5 (in Chinese)[陈治明、 王建农 1999 半导体器件的材料物理学基础 (科学出版社: 北京)第4,5章]

    [2]

    [2]Runyan W R, Shaffner T J 1998 Semiconductor Measurements and Instrumentation (New York: McGraw-Hill)

    [3]

    [3]Hilfiker J N, Bungay C L, Synowicki R A, Tiwald T E, Herzinger C M, Johs B, Pribil G K, Woollam J A 2003 J. Vac. Sci. Technol. A 21 1103

    [4]

    [4]Tompkins H G, Irene E A 2005 Handbook of Ellipsometry (Heidelberg: Springer-Verlag)

    [5]

    [5]Mo D, Ye X J 1981 Acta Phys. Sin. 30 1287 (in Chinese)[莫党、 叶贤京 1981 物理学报 30 1287]

    [6]

    [6]Cortot J P, Ged P 1982 Appl. Phys. Lett. 41 93

    [7]

    [7]Tsunoda K, Adachi S, Takahashi M 2002 J. Appl. Phys. 91 2936

    [8]

    [8]Hikino S, Adachi S 2004 J. Phys. D 37 1617

    [9]

    [9]Pelaz L, Marqués L, Barbolla J 2004 J. Appl. Phys. 96 5947

    [10]

    ]Lioudakis E, Christofides C, Othonos A 2006 J. Appl. Phys. 99 123514

    [11]

    ]Azzain R M, Bashara N M 1977 Ellipsometry and Polarized Light (Amsterdam: North Holland) chap 3

    [12]

    ]Su Q F, Liu J M, Wang L J, Shi W M, Xia Y B 2005 Acta Phys. Sin. 54 5145 (in Chinese)[苏青峰、刘健敏、王林军、史伟民、夏义本 2005 物理学报 54 5145]

    [13]

    ]Kasap S, Capper P 2006 Springer Handbook of Electronic and Photonic Materials (Springer Science: Heidelberg) chap 3.3

    [14]

    ]Liu E K, Zhu B S, Luo J S 2008 Semiconductor Physics (Beijing:Publishing House of Electronics Industry) chap10 (in Chinese)[刘恩科、 朱秉生、 罗晋生 2008 半导体物理学 (电子工业出版社: 北京) 第十章]

    [15]

    ]Shen X C 2002 Semiconductor Spectrum and Optical Properties (Beijing: Science Press) (in Chinese)[沈学础 2002 半导体光谱和光学性质 (科学出版社: 北京)]

    [16]

    ]Tiwald T E, Thompson D W, Woollam J A 1998 J. Vac. Sci. Technol. B 16 312

  • [1]

    [1]Chen Z M, Wang J N 1999 Basic Material Physics for Semiconductor Devices (Beijing: Science Press) chap 4,5 (in Chinese)[陈治明、 王建农 1999 半导体器件的材料物理学基础 (科学出版社: 北京)第4,5章]

    [2]

    [2]Runyan W R, Shaffner T J 1998 Semiconductor Measurements and Instrumentation (New York: McGraw-Hill)

    [3]

    [3]Hilfiker J N, Bungay C L, Synowicki R A, Tiwald T E, Herzinger C M, Johs B, Pribil G K, Woollam J A 2003 J. Vac. Sci. Technol. A 21 1103

    [4]

    [4]Tompkins H G, Irene E A 2005 Handbook of Ellipsometry (Heidelberg: Springer-Verlag)

    [5]

    [5]Mo D, Ye X J 1981 Acta Phys. Sin. 30 1287 (in Chinese)[莫党、 叶贤京 1981 物理学报 30 1287]

    [6]

    [6]Cortot J P, Ged P 1982 Appl. Phys. Lett. 41 93

    [7]

    [7]Tsunoda K, Adachi S, Takahashi M 2002 J. Appl. Phys. 91 2936

    [8]

    [8]Hikino S, Adachi S 2004 J. Phys. D 37 1617

    [9]

    [9]Pelaz L, Marqués L, Barbolla J 2004 J. Appl. Phys. 96 5947

    [10]

    ]Lioudakis E, Christofides C, Othonos A 2006 J. Appl. Phys. 99 123514

    [11]

    ]Azzain R M, Bashara N M 1977 Ellipsometry and Polarized Light (Amsterdam: North Holland) chap 3

    [12]

    ]Su Q F, Liu J M, Wang L J, Shi W M, Xia Y B 2005 Acta Phys. Sin. 54 5145 (in Chinese)[苏青峰、刘健敏、王林军、史伟民、夏义本 2005 物理学报 54 5145]

    [13]

    ]Kasap S, Capper P 2006 Springer Handbook of Electronic and Photonic Materials (Springer Science: Heidelberg) chap 3.3

    [14]

    ]Liu E K, Zhu B S, Luo J S 2008 Semiconductor Physics (Beijing:Publishing House of Electronics Industry) chap10 (in Chinese)[刘恩科、 朱秉生、 罗晋生 2008 半导体物理学 (电子工业出版社: 北京) 第十章]

    [15]

    ]Shen X C 2002 Semiconductor Spectrum and Optical Properties (Beijing: Science Press) (in Chinese)[沈学础 2002 半导体光谱和光学性质 (科学出版社: 北京)]

    [16]

    ]Tiwald T E, Thompson D W, Woollam J A 1998 J. Vac. Sci. Technol. B 16 312

  • [1] 李文秋, 赵斌, 王刚. 电子温度对螺旋波等离子体中电磁模式能量沉积特性的影响. 物理学报, 2020, 69(21): 215201. doi: 10.7498/aps.69.20201018
    [2] 牟媛, 吴振森, 张耿, 高艳卿, 阳志强. 基于Kramers-Kronig关系建立金属太赫兹色散模型. 物理学报, 2017, 66(12): 120202. doi: 10.7498/aps.66.120202
    [3] 鲁思龙, 吴先良, 任信钢, 梅诣偲, 沈晶, 黄志祥. 色散周期结构的辅助场时域有限差分法分析. 物理学报, 2012, 61(19): 194701. doi: 10.7498/aps.61.194701
    [4] 王冠宇, 宋建军, 张鹤鸣, 胡辉勇, 马建立, 王晓艳. 单轴应变Si导带色散关系解析模型. 物理学报, 2012, 61(9): 097103. doi: 10.7498/aps.61.097103
    [5] 刘三秋, 国洪梅. 极端相对论快电子分布等离子体中横振荡色散关系. 物理学报, 2011, 60(5): 055203. doi: 10.7498/aps.60.055203
    [6] 臧航, 王志光, 庞立龙, 魏孔芳, 姚存峰, 申铁龙, 孙建荣, 马艺准, 缑洁, 盛彦斌, 朱亚滨. 离子注入ZnO薄膜的拉曼光谱研究. 物理学报, 2010, 59(7): 4831-4836. doi: 10.7498/aps.59.4831
    [7] 刘炳灿, 逯志欣, 于丽. 金属和Kerr非线性介质界面上表面等离子体激元的色散关系. 物理学报, 2010, 59(2): 1180-1184. doi: 10.7498/aps.59.1180
    [8] 张洪华, 张崇宏, 李炳生, 周丽宏, 杨义涛, 付云翀. 碳化硅中氦离子高温注入引入的缺陷及其退火行为的光谱研究. 物理学报, 2009, 58(5): 3302-3308. doi: 10.7498/aps.58.3302
    [9] 季沛勇, 鲁楠, 祝俊. 量子等离子体中波的色散关系以及朗道阻尼. 物理学报, 2009, 58(11): 7473-7478. doi: 10.7498/aps.58.7473
    [10] 周丽宏, 张崇宏, 李炳生, 杨义涛, 宋 银. 注入Ar+的蓝宝石晶体退火前后光致发光谱的分析. 物理学报, 2008, 57(4): 2562-2566. doi: 10.7498/aps.57.2562
    [11] 宋建军, 张鹤鸣, 戴显英, 胡辉勇, 宣荣喜. 应变Si价带色散关系模型. 物理学报, 2008, 57(11): 7228-7232. doi: 10.7498/aps.57.7228
    [12] 王 亮, 曹金祥, 王 艳, 牛田野, 王 舸, 朱 颖. 电磁脉冲在实验室等离子体中传播时间的实验研究. 物理学报, 2007, 56(3): 1429-1433. doi: 10.7498/aps.56.1429
    [13] 赵国伟, 徐跃民, 陈 诚. 等离子体天线色散关系和辐射场数值计算. 物理学报, 2007, 56(9): 5298-5303. doi: 10.7498/aps.56.5298
    [14] 张小东, 林德旭, 李公平, 尤 伟, 张利民, 张 宇, 刘正民. 离子注入n型GaN光致发光谱中宽黄光发射带研究. 物理学报, 2006, 55(10): 5487-5493. doi: 10.7498/aps.55.5487
    [15] 钟红梅, 陈效双, 王金斌, 夏长生, 王少伟, 李志锋, 徐文兰, 陆 卫. 基于离子注入技术的ZnMnO半导体材料的制备及光谱表征. 物理学报, 2006, 55(4): 2073-2077. doi: 10.7498/aps.55.2073
    [16] 魏新华, 周国成, 曹晋滨, 李柳元. 无碰撞电流片低频电磁模不稳定性:MHD模型. 物理学报, 2005, 54(7): 3228-3235. doi: 10.7498/aps.54.3228
    [17] 周国成, 曹晋滨, 王德驹, 蔡春林. 无碰撞等离子体电流片中的低频波. 物理学报, 2004, 53(8): 2644-2653. doi: 10.7498/aps.53.2644
    [18] 陈贵宾, 陆 卫, 蔡炜颖, 李志锋, 陈效双, 胡晓宁, 何 力, 沈学础. HgCdTe红外探测器离子注入剂量优化研究. 物理学报, 2004, 53(3): 911-914. doi: 10.7498/aps.53.911
    [19] 王文武, 谢二庆, 贺德衍. 离子束合成钇硅化物的结构及红外谱特征. 物理学报, 2003, 52(1): 233-236. doi: 10.7498/aps.52.233
    [20] 陈贵宾, 陆卫, 缪中林, 李志锋, 蔡炜颖, 沈学础, 陈昌明, 朱德彰, 胡钧, 李明乾. 离子注入诱导量子阱界面混合效应的光致荧光谱研究. 物理学报, 2002, 51(3): 659-662. doi: 10.7498/aps.51.659
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出版历程
  • 收稿日期:  2009-05-19
  • 修回日期:  2009-06-17
  • 刊出日期:  2010-03-15

离子注入硅片快速退火后的红外椭偏光谱研究

  • 1. (1)中国科学院光束控制重点实验室,中国科学院光电技术研究所,成都 610209; (2)中国科学院光束控制重点实验室,中国科学院光电技术研究所,成都 610209;中国科学院研究生院,北京 100049
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号:60676058)资助的课题.

摘要: 离子注入硅片经高温退火后晶体结构缺陷会被修复,其在可见光波段下的光学性质趋于单晶硅,常规的可见光椭偏光谱法对掺杂影响的测量不再有效. 本研究将测量波段扩展到红外区域(2—20 μm),报道了利用红外椭偏光谱法测量经离子注入掺杂并高温退火的硅片掺杂层光学和电学性质的方法和结果. 通过建立基于Drude自由载流子吸收的等效光学模型,得到了杂质激活后掺杂层的杂质浓度分布、电阻率和载流子迁移率等电学参数,以及掺杂层的红外光学常数色散关系,分析了这些参数随注入剂量的关系并对其物理机理给予了解释. 研究表明,中远红外

English Abstract

参考文献 (16)

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