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通过原子层沉积法制备的等离激元氮化钛：一种低温合成途径
摘要： 要将等离激元器件集成到工业中，必须开发可扩展且与CMOS兼容的等离激元材料。本工作报道了通过等离子体增强原子层沉积技术在c面蓝宝石上生长的具有高等离激元质量的氮化钛（TiN）。通过探究化学吸附时间、衬底温度和等离子体暴露时间对材料性能的影响，在低于500°C的温度下实现了低损耗、高金属性且等离激元频率低于500 nm的TiN。缩短化学吸附时间可缓解TS>375°C时的前驱体过早分解，而25秒的等离子体暴露时间则在降低杂质浓度与避免等离子体轰击导致的结构退化之间取得了平衡。在450°C衬底温度（与CMOS工艺兼容）、0.5秒化学吸附时间和25秒等离子体暴露条件下生长的85 nm厚TiN薄膜，展现出高达2.8的优异等离激元品质因数（jε0/ε00j）和31 μΩ·cm的电阻率。得益于质量提升，在TiN薄膜中制备的亚波长孔径显示出非凡的透射特性。
关键词： 等离子体激元品质因数、CMOS兼容、低温工艺路线、原子层沉积、等离子体激元氮化钛
更新于2025-09-23 15:19:57
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与CMOS兼容的氮化钛用于片上等离子体肖特基光电探测器
摘要： 我们提出了一种基于氮化钛等离激元材料的波导集成等离激元肖特基光电探测器(PD)，其工作原理为内光发射过程。理论分析的结构采用非对称金属-半导体-金属波导构型，其中一个电极采用金，另一个电极则选用金、钛或氮化钛。我们首次测量到氮化钛在p型掺杂硅上的肖特基势垒高度为0.67 eV，该数值非常接近0.697 eV的最优值。这一势垒高度使得探测器在1550 nm波长工作时能实现高信噪比的光电探测。除具有该类探测器所需的高吸收损耗和适当大的介电常数实部等光学特性外，氮化钛还易于与现有互补金属氧化物半导体技术集成。相比钛材料，使用氮化钛可使光模在金属中的穿透深度更浅，从而提高热电子向相邻半导体传输的概率，进而增强探测器的响应度。
关键词： 氮化钛，内光电发射，CMOS兼容，波导集成等离子体肖特基光电探测器，信噪比
更新于2025-09-16 10:30:52
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[IEEE 2018年第14届国际固态与集成电路技术会议(ICSICT) - 青岛 (2018.10.31-2018.11.3)] 2018年第14届IEEE国际固态与集成电路技术会议(ICSICT) - 取向可控的GaSb纳米线：从生长到应用
摘要： 近年来，高迁移率GaSb纳米线因其在高性能p型晶体管中的应用潜力备受关注。然而由于难以制备细小、均匀且取向可控的纳米线（NWs），目前针对这一重要一维材料体系中取向相关特性的研究报道仍十分有限——而这些信息对实际应用部署至关重要。通过采用多种与CMOS工艺兼容的Pd催化剂，我们结合互补性实验与理论方法，利用新开发的表面活性剂辅助化学气相沉积技术，通过气-固-固（VSS）生长机制成功制备出高迁移率的(111)取向GaSb纳米线。与传统气-液-固（VLS）机制形成的纳米线不同，在我们的Pd催化VSS纳米线体系中，固态催化剂中存在圆柱形Pd5Ga4催化晶种。研究发现化学计量比的Pd5Ga4具有最低的晶体表面能，从而产生最小的表面扩散效应，并为外延纳米线成核提供最优的平面界面以实现高效取向控制。在10-70纳米的宽直径范围内，超过95%的高结晶质量纳米线呈现(111)取向生长。背栅场效应测试表明，Pd催化的GaSb纳米线展现出优异的空穴峰值迁移率约330 cm2 V?1 s?1，接近直径约30纳米、自由载流子浓度约101? cm?3的纳米线沟道迁移率极限，证实这些纳米线在相纯度、生长取向和电学特性方面具有卓越的均匀性。通过接触印刷工艺还制备了Pd催化GaSb纳米线平行阵列的大规模集成结构，证实了这类高性能电子器件的构建与应用潜力。
关键词： 气-固-固生长法，GaSb纳米线，高迁移率，CMOS兼容，取向可控
更新于2025-09-11 14:15:04
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[Springer Theses] 高速硅基光互连的CMOS兼容关键工程器件 || 兼容CMOS的高效光纤-芯片耦合器
摘要： 本章研究了硅基光互连中的光纤-芯片耦合问题，主要包括：1. 设计并验证了一系列全CMOS兼容的单端反锥结构用于边缘耦合。通过锥尖与芯片边缘间的SiO2间隙和深蚀刻工艺制备高质量锥尖，研究设计参数对耦合效率的影响。发现器件长度对耦合损耗影响显著（主要源于波导传输损耗较大）。最终实现的锥尖宽度0.16微米、长度40微米的反锥结构，在1550纳米波长下TE/TM模耦合损耗分别为1.13 dB/面和1.81 dB/面，-1 dB带宽超过180纳米。2. 设计并验证了一种超紧凑偏振不敏感光合束器，基于双模干涉原理，器件长度仅5.1微米，两种偏振态的额外损耗均小于0.1 dB。3. 设计并验证了由两个反锥结构和超紧凑偏振不敏感光合束器构成的新型双端反锥结构，研究了设计参数对耦合损耗的影响。实验证明仅需40微米长度的边缘耦合器：在1550纳米波长下TE/TM模耦合损耗分别为1.10 dB/面和1.52 dB/面，-1 dB带宽超过160纳米。该结构完全兼容CMOS工艺，可通过多层多级悬臂梁技术进一步优化。
关键词： 双锥逆锥、偏振不敏感光合束器、光纤到芯片耦合、逆锥、CMOS兼容、硅基光互连、双模干涉
更新于2025-09-10 09:29:36
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用于大规模异质集成电子-光子电路的外延键合与转移工艺
摘要： 本文提出了一种采用CMOS兼容材料与工艺，将III-V族外延材料异质集成至硅衬底以实现电子-光子电路构建的工艺流程。通过商用聚合物在硅载体晶圆上组装化合物半导体晶体管外延结构，并形成可扩展加工的特定图案。对对准的外延结构背面集电极端实施CMOS兼容金属化工艺后，采用金属共晶键合工艺将晶圆级III-V材料阵列转移至独立硅衬底，从而实现在单晶圆上同步制备电子器件与光子器件。通过对外延键合与转移过程进行表征，确保材料对准精度无需额外工装即可维持，且III-V集电极与硅衬底间建立的互连层兼具欧姆接触、热传导路径及机械键合功能，符合后道集成电路（BEOL）工艺要求。以砷化镓基发光晶体管（LET）外延材料为例验证该工艺，证明后续光子器件与系统可集成于该材料中直接电连接嵌入式CMOS电子系统，为新型电子-光子集成电路功能开发提供可能。
关键词： 外延键合、硅衬底晶圆、金属共晶键合、III-V族外延材料、电子-光子电路、异质集成、CMOS兼容
更新于2025-09-09 09:28:46