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研究生： 黃明皓
Huang, Ming-Hao
論文名稱： 氦離子對於氫分子離子佈植於矽所引發表面發泡之影響研究
指導教授： 梁正宏
Liang, Jenq-Horng
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 原子科學院 - 工程與系統科學系
Department of Engineering and System Science
論文出版年： 2010
畢業學年度： 98
語文別： 中文
論文頁數： 105
中文關鍵詞： 絕緣體上矽 、拉曼散射光譜儀 、分子離子佈植 、輻射損傷 、離子溝道效應
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    • 本論文研究係探討在離子劈裂技術中，分別利用單階段氫氣分子離子佈植與兩階段不同順序、不同通量比例的氫氣分子離子和氦離子共佈植於矽（100）靶材，並隨著後續熱退火處理製程，觀察靶材表面所產生的表面發泡破裂現象，藉以瞭解氫氣分子離子與氦離子在其中所扮演的角色，提供以離子劈裂技術來製作絕緣體上矽結構中，如何選定離子佈植條件的重要參考。本論文所使用的特性量測分析儀器包含：拉曼光譜儀、二次離子質譜儀、穿透式電子顯微鏡、以及原子力顯微鏡。研究結果顯示：兩階段的佈植條件中，氦離子佈植的先後順序，因其影響靶材內部輻射損傷數量的多寡以及輻射損傷的分布情形，是為引發矽靶材表面發泡與發泡破裂的重要因素。矽靶材內部的佈植離子深度亦為一影響表面發泡與發泡破裂的相關因素。兩階段共佈植條件下，氦離子先行佈植的試片，其內部出現明顯的長條微裂縫，此一微裂縫的生成是為絕緣體上矽薄膜能否成功轉移的重要關鍵。故兩階段離子共佈植條件下，利用氦離子先行佈植之試片可以較單階段氫氣分子離子佈值提高了製作絕緣體上矽的成功機率。絕緣體上矽試片製作的結果顯示，先佈植 20 % 氦離子，後佈植 80 % 氫氣分子離子的兩階段共佈植試片可成功在 1 × 1 cm2 的面積上轉移約 60 % 的矽薄膜層，高於單階段氫氣分子離子佈植的 25 %，係為一製作絕緣體上矽結構較佳的條件。

    目錄 摘要 i 誌謝 ii 表目錄 vi 圖目錄 viii 第一章 前言 1 第二章 文獻回顧 5 2.1 絕緣體上矽材料的發展歷史 5 2.2 以絕緣體上矽材料製作元件的優勢 6 2.3 以離子劈裂製程技術製作絕緣體上矽材料 7 2.4 氫與氦離子兩階段佈植取代單階段氫離子佈植 9 第三章 實驗原理與方法 19 3.1 離子佈植 19 3.2 SRIM 電腦模擬計算程式 20 3.3 特性量測 20 3.3.1 動態光學顯微分析 20 3.3.2 拉曼光譜系統 21 3.3.3 二次離子質譜儀 23 3.3.4 穿透式電子顯微鏡 25 3.3.5 原子力顯微鏡 27 3.4 利用兩階段氫與氦離子佈植製作絕緣體上矽 28 3.4.1 晶片接合 28 3.4.2 劈裂退火 29 第四章 結果與討論 42 4.1 實驗條件 42 4.2 動態光學顯微分析 43 4.2.1 表面發泡與發泡破裂現象 43 4.2.2 單階段 H2+ 佈植 43 4.2.2.1 表面發泡與發泡破裂活化能 44 4.2.2.2 發泡破裂面積百分比與持溫時間之關係 45 4.2.2.3 時間-溫度-變化曲線 45 4.2.3 兩階段氫氣分子離子、氦離子共同佈植 46 4.2.3.1 H2+（先）+ He+（後）佈植：80 % H+（先） 46 4.2.3.2 He+（先）+ H2+（後）佈植：80 % H+（後） 46 4.2.3.3 H2+（先）+ He+（後）佈植：40 % H+（先） 47 4.2.3.4 He+（先）+ H2+（後）佈植：40 % H+（後） 48 4.2.4 不同佈植順序的影響 48 4.2.5 佈植通量百分比的影響 49 4.2.6 Visual Fortran 電腦模擬程式 50 4.3 缺陷量測 51 4.3.1 SRIM 蒙地卡羅電腦模擬程式 51 4.3.2 橫截面穿透式電子顯微鏡 52 4.3.3 二次離子質譜儀分析 53 4.3.4 拉曼光譜量測分析 55 4.3.4.1 一階散射峰光譜 55 4.3.4.2 氫複合缺陷的演化 56 4.3.5 退火後的試片 58 4.4 絕緣體上矽試片的製作 59 第五章 結論與建議 99 5.1 兩階段不同佈植順序的影響 99 5.2 不同佈植深度的影響 99 5.3 氫氣分子離子佈植通量百分比的影響 100 5.4 製作絕緣體上矽結構 100 5.5 建議 100 參考文獻. 101

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