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一种利用真空紫外光照射实现单晶碳化硅与硅、二氧化硅及玻璃直接键合的简便方法

DOI：10.1016/j.apsusc.2018.11.239 期刊：Applied Surface Science 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:21:21
摘要： 单晶碳化硅是功率电子器件的理想材料。然而，由于热膨胀系数和晶格常数存在显著差异，实现碳化硅与传统硅基材料（如硅、二氧化硅和玻璃）的直接键合具有挑战性。为解决这一瓶颈，我们提出一种简便的真空紫外（VUV）表面辐照直接键合方法，可在低温（≤200℃）下实现碳化硅与硅、二氧化硅及玻璃的牢固结合。研究还探究了VUV辐照促进碳化硅与硅基材料键合的机理。表面表征显示，VUV辐照能形成光滑且亲水的表面，这有利于潮湿空气中的直接键合。透射电镜证实了碳化硅/硅、碳化硅/二氧化硅和碳化硅/玻璃之间形成了致密无缺陷的键合界面。特别值得注意的是，VUV辐照过程中硅原子的氧化和溅射作用会在碳化硅侧形成富碳过渡层，这可能改善键合界面并增强键合强度。此外，碳化硅/玻璃键合对在紫外-可见光范围内表现出较高的光学透明度。因此，单晶碳化硅与异质硅基材料的直接键合技术，在高性能功率电子器件及微/纳流体器件领域具有重要应用潜力。
作者： Chenxi Wang，Jikai Xu，Shu Guo，Qiushi Kang，Yuan Wang，Yiping Wang，Yanhong Tian
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

利用真空紫外（VUV）表面辐照技术在低温（≤200℃）下实现单晶碳化硅与传统硅基材料（硅、二氧化硅和玻璃）的直接键合，克服热膨胀系数和晶格常数之间的巨大失配。

研究成果

该研究成功展示了一种简便方法，通过真空紫外光辐照实现单晶碳化硅与硅、二氧化硅及玻璃在低温下的直接键合。该方法形成了坚固且无缺陷的键合界面，其中碳化硅/玻璃键合对展现出高光学透明度。此技术在高功率电子器件和微/纳流体装置领域具有重要应用潜力。

研究不足

该研究受限于极紫外（VUV）辐照的技术限制，以及在退火过程中键合界面可能产生气泡从而削弱键合强度的问题。

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