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硅G色心用:220nm高阻SOI晶圆-C12+RTP+电子束光刻刻蚀硅T色心用:220nm高阻SOI晶圆-C12+RTP+H+RTP+电子束光刻刻蚀
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硅色心(G色心):--相关文献工艺流程
总结:SOI晶圆上注入 C12,然后RTP退火,然后电子束光刻刻蚀
为了在二极管中形成G中心,我们首先用碳离子植入硅,然后在1000°C下进行快速热退火以修复晶格损伤。然而,与一些先前的工作(17-19,30)不同,我们在此阶段没有观察到G中心。与其他研究的发现一致,认为质子辐照有助于间隙碳的掺入形成G中心(12,31),我们研究了多种氢化方法以完成G中心的形成(参见补充说明7-8)。最终,选择了掩膜离子植入氢的方法,将氢选择性地引入设备-发射体集成区域,以在电场最强的目标深度形成明亮的局部集合,同时对电性能几乎没有降解。与氢在G中心形成和稳定中的作用一致,我们发现集合发射只局部化在植入掩膜区域。此外,我们发现G中心在200°C以上不稳定(补充信息),这与之前的工作一致(32),因此需要将氢掺入作为最终制造步骤。为了确保二极管制造与G中心生产兼容,两种制造过程的步骤被交替进行。
引用自:
文章名:Electrical manipulation of telecom color centers in silicon作者:Aaron M. Day 1,4, Madison Sutula 2,4, Jonathan R. Dietz 1, Alexander Raun1,Denis D. Sukachev3, Mihir K. Bhaskar3 & Evelyn L. Hu 1
单位:1、John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University, Cambridge, MA 02138, USA.
硅色心(G色心):--相关文献工艺流程
总结:SOI晶圆上注入 C12,然后RTP退火,然后电子束光刻刻蚀
制造过程从具有[100]取向的SOI晶圆开始。12C离子以36 keV能量和5 × 10¹³离子/cm²的注入剂量注入到220 nm的设备层中。随后,在1000 °C的氮气氛围中进行快速热退火(RTA)20秒,以修复晶体结构并形成G中心。
注入后,晶圆被送到Applied Nanotools进行工厂制造。使用JEOL JBX8100FS系统在100 kV下进行电子束(e-beam)光刻,图案化光子结构。设备层通过SF6-C4F8反应离子刻蚀(RIE)工艺进行刻蚀。通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)在300 °C下沉积2 μm厚的二氧化硅(SiO2)包层。
后处理在MIT.nano洁净室进行。通过在49% HF溶液中刻蚀包层和埋氧化硅,释放结构,刻蚀时间为80秒,结果形成约2 μm的下刻。芯片从HF溶液转移到水中,然后转移到异丙醇(IPA)中,在液体中进行。使用CO2进行临界点干燥(CPD)以防止设备塌陷,逐渐将IPA替换为液态CO2。液态CO2中的干燥过程防止了在蒸发过程中可能发生的相变,从而避免了可能导致悬浮结构塌陷的毛细力。电气接触垫由50 nm铬和200 nm金组成,通过电子束蒸发(Temescal FC2000)和阴影掩模图案化。阴影掩模由0.1 mm(4 mil)钢片制成,使用LPKF ProtoLaser U4激光切割机制作,掩模上的孔为50 μm,用于定义电气接触垫。掩模通过显微镜对准芯片,精度为几十微米(详见补充说明3),并在蒸发过程中大约100 μm高的距离保持在芯片上方。样品最终通过银胶粘接到PCB上,并使用铝线焊接器进行连接。
引用自:
文章名:Spectral tuning and nanoscale localization of single color centers in silicon via controllable strain
作者:Alessandro Buzzi 1,4 , Camille Papon1,4 , Matteo Pirro2,3, Odiel Hooybergs1,Hamza Raniwala1, Valeria Saggio 1, Carlos Errando-Herranz 2,3 &Dirk Englund 1
单位:MIT
硅色心(G色心):--相关文献工艺流程
总结:SOI晶圆上注入 C12,然后RTP退火,然后电子束光刻刻蚀
样品描述
研究中的设备包括一个背景掺p型硅基光子集成电路(SOI)波导,底部包覆层为2 μm厚的二氧化硅,位于硅基底上。波导的横截面几何形状如图1f所示,呈矩形,宽度为400 nm,高度为220 nm。波导从切割的芯片表面开始并结束,沿63.5 μm半径的180°弯曲。
样品制造
我们采用了一个跟随文献【8】的制造过程来生成硅G中心。样品以商业(SOITEC)未包覆的硅基光子集成电路(220 nm Si 在2000 nm SiO2上)晶圆为起点。晶圆随后被切割成1 cm²的块,采用12C离子植入,剂量为1 × 10¹³离子/cm²,能量为36 keV,入射角度为7°,然后在1000°C下闪烁退火20秒。样品接着进行了电子束图案化,并在一个代工厂(Applied Nanotools)中进行蚀刻。电子束图案化采用JEOL JBX8100FS设备,工作电压为100 kV,使用正性光刻胶。硅的蚀刻使用SF6-C4F8混合气体的感应耦合等离子体反应离子蚀刻(ICP-RIE)进行,工艺经过优化以实现垂直侧壁蚀刻和低传播损耗。该工艺最终生成了具有SiO2底部包覆和空气作为顶层包覆的硅波导。为了便于光纤耦合,样品被切割穿过波导。
引用自:
文章名:Individually addressable and spectrally programmable artificial atoms in silicon photonics作者:Mihika Prabhu1,4 , Carlos Errando-Herranz 1,2,4 , Lorenzo De Santis 1,3,Ian Christen1, Changchen Chen1, Connor Gerlach 1 & Dirk Englund 1单位:
1、Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, USA.
2、University of Münster, Münster, Germany.
3、QuTech, Delft University of Technology, Delft, The Netherlands.
硅色心(T色心):--相关文献工艺流程
总结:SOI晶圆上注入 C12,然后RTP退火,然后注入H,然后RTP退火,然后电子束光刻刻蚀
我们在 1 cm × 1 cm 的芯片上制造了设备,芯片从 200 mm 的硅-绝缘体(SOI)晶圆(SEH America)上切割而来。220 nm 厚的漂浮区生长的设备层具有较高的电阻率(≥3000 Ω cm)和(100)方向。为了创建 T 中心,我们首先用 36 keV 的 12C 离子进行离子注入(平均深度 110 nm),剂量为 1 × 10^12 cm−2,注入角度为 7°。注入后,通过在氮气氛围下进行 900°C 的快速热退火 20 秒来修复注入造成的晶格损伤。然后,我们用 9 keV 的氢离子进行注入(平均深度 110 nm),剂量为 7 × 10^12 cm−2,随后在 450°C 下在氮气氛围中退火 3 分钟,以形成 T 中心。设备制造和 T 中心创建过程的详细信息见扩展数据图 2。单模光子波导沿 〈110〉 方向设计,波导末端配有 Bragg 镜。制造后的设备,我们观察到每 60 μm 波导(400 nm 宽)平均有一个 T 中心,T 中心的浓度为 0.004 ppb。在早期阶段的测量中,我们研究了具有较高碳注入密度(1 × 10^13 cm−2)的芯片。在相同的氢注入密度下,我们测量到每 0.2 μm 波导(400 nm 宽)有一个 T 中心,对应的 T 中心浓度为 0.7 ppb。
引用自:
作者:Xueyue Zhang ,Lukasz Komza,Niccolo Fiasch,Yihuang Xiong,Yiyang Zhi,Scott Dhuey,Adam Schwartzberg,Thomas Schenkel,Geoffroy Hautie,Zi-Huai Zhang,Alp Sipahigil
单位:加州伯克利