張明亮，韓國(guó)威，劉 慶，李 艷，楊富華,3,4，王曉東,3,4

(1.中國(guó)科學(xué)院 半導(dǎo)體研究所 半導(dǎo)體集成技術(shù)工程研究中心，北京 100083；2.中國(guó)科學(xué)院 大學(xué)微電子學(xué)院及材料與光電研究中心，北京 100049；3.北京量子信息科學(xué)研究院，北京 100193；4.北京市半導(dǎo)體微納集成工程技術(shù)研究中心，北京 100083)

半導(dǎo)體器件被廣泛應(yīng)用于運(yùn)算、存儲(chǔ)、顯示、通訊和供電等領(lǐng)域，是構(gòu)建現(xiàn)代信息社會(huì)的重要基石.本質(zhì)上，半導(dǎo)體器件豐富的功能均是通過(guò)可控可調(diào)的半導(dǎo)體電阻實(shí)現(xiàn).摻雜是調(diào)控半導(dǎo)體材料電阻的主要工藝，把雜質(zhì)原子可控地引入半導(dǎo)體材料晶體結(jié)構(gòu)中，改變材料的能帶結(jié)構(gòu)，如多數(shù)載流子類(lèi)型、濃度、遷移率等，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體器件的預(yù)期功能.離子注入和擴(kuò)散是最常用的兩種摻雜工藝.由于離子注入能夠準(zhǔn)確地重復(fù)控制每一次摻入雜質(zhì)的濃度、深度以及雜質(zhì)分布，成為一種標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體摻雜工藝，已經(jīng)在微電子、光電子、傳感器、新材料等領(lǐng)域廣泛使用[1].離子注入設(shè)備體積龐大，系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，是半導(dǎo)體制造中的核心裝備之一.

中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所擁有瓦里安公司制造的Varian 300XP型中束流離子注入機(jī)，配有三氟化硼(BF3)和膦烷(PH3)氣體源，可在20～130 keV束流加速度下工作，通過(guò)對(duì)各種半導(dǎo)體材料進(jìn)行摻雜，用于制作光電探測(cè)器、光伏器件、微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)壓力傳感器及執(zhí)行器、場(chǎng)效應(yīng)管、二極管和熱電器件等.該設(shè)備對(duì)所內(nèi)外開(kāi)放共享使用，為眾多科研項(xiàng)目的順利完成及預(yù)研產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)起到了關(guān)鍵支撐作用.

1 工作原理

Varian 300XP離子注入設(shè)備的支持系統(tǒng)包括水、電、氣、真空及排風(fēng)系統(tǒng).水包括普通工藝?yán)鋮s水及高純水兩個(gè)獨(dú)立循環(huán)系統(tǒng).主供電為美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)208 V 60 Hz，經(jīng)內(nèi)部電源變換，有直流高壓、交流高壓和隔離供電等形式.使用氣體包含壓縮空氣、高純氮?dú)夂碗x子源氣體.真空由三臺(tái)機(jī)械干泵、兩臺(tái)氦冷泵和一臺(tái)分子泵建立.排風(fēng)主要集中在離子源、樣品操作臺(tái)及機(jī)械泵排氣部分.

在高真空建立好之后，啟動(dòng)高純水循環(huán)系統(tǒng)，開(kāi)啟隔離變壓器，給離子源內(nèi)部供電.我所Varian 300XP離子注入機(jī)采用Freeman離子源，在棒形鎢燈絲上通過(guò)約180 A電流，在弧室壁與燈絲間加50 V電壓，質(zhì)量流量計(jì)(MFC)控制的源氣體分子與高能電子碰撞，在弧室內(nèi)產(chǎn)生等離子體.使用30 kV左右吸出高壓將正離子吸出弧室，引入分析器，具有不同荷質(zhì)比的離子在分析磁場(chǎng)中以不同的軌跡飛行，互相分離.調(diào)節(jié)分析器的磁場(chǎng)強(qiáng)度，能選擇需要的雜質(zhì)離子束通過(guò)分析器出口狹縫，在加速管中使用靜電場(chǎng)加速到設(shè)定能量.通過(guò)四級(jí)桿聚焦鏡調(diào)整束流形狀后，用平面掃描器將雜質(zhì)離子均勻分散成正方形，通過(guò)主法拉第杯及設(shè)定法拉第杯，觀察示波器上的波形，對(duì)離子束的掃描范圍及分布情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，利用處于光闌上的4個(gè)角法拉第杯監(jiān)測(cè)束流大小.設(shè)定好注入劑量后，啟動(dòng)注入，束線擋板自動(dòng)放下，雜質(zhì)元素均勻注入到工藝室內(nèi)的襯底上，同時(shí)，注入光闌4個(gè)角上的角法拉第杯開(kāi)始記錄注入離子劑量，當(dāng)累計(jì)注入劑量達(dá)到設(shè)定值，劑量控制系統(tǒng)自動(dòng)將束線擋板豎起，阻斷離子束，完成設(shè)定注入工藝.

通常Varian 300XP離子注入機(jī)配有三氟化硼、膦烷、砷烷和氬氣氣體源，可以提供硼、氟、磷、二氟化硼和砷的注入，離子束能量在20～200 keV范圍內(nèi)可調(diào).對(duì)于中等劑量注入(<1×1016cm-2)，為保證注入的均勻性，一般通過(guò)調(diào)節(jié)注入的束流，使每一片完成時(shí)間大于60 s.對(duì)于使用光刻膠做掩蔽層定義注入?yún)^(qū)域的襯底，一般使用小于100 μA的束流，保證整個(gè)注入過(guò)程中光刻膠不變形或開(kāi)裂.例如，以100 μA的束流，對(duì)10 cm襯底片注入1×1015cm-2的硼離子，約需9 min即可完成，對(duì)光片進(jìn)行注入，可使用更大的束流.Varian公司的離子注入機(jī)部門(mén)被Applied Materials公司收購(gòu)后，Varian 300XP的升級(jí)版為VIISta 900 3D型離子注入機(jī).

我所的Varian 300XP離子注入機(jī)在一家半導(dǎo)體工廠已被使用多年，且部分改裝過(guò)，僅有一個(gè)進(jìn)樣終端正常工作.經(jīng)過(guò)安裝調(diào)試后，基本可以使用，但是硼離子束流最大僅30 μA，單個(gè)進(jìn)樣終端，卡盤(pán)為10 cm.離子源內(nèi)部的電氣控制經(jīng)常失靈，注入過(guò)程中，掃描系統(tǒng)也頻繁出錯(cuò)，導(dǎo)致10 cm圓片片內(nèi)方塊電阻不均勻性超過(guò)10%，因此有必要對(duì)其進(jìn)行功能改造升級(jí).

2 改造及功能開(kāi)發(fā)結(jié)果

2.1 離子源供電電源

引出束流小，注入效率低是這臺(tái)設(shè)備存在的主要問(wèn)題，我們先后從引出距離、引出電壓、狹縫開(kāi)口尺寸、源磁場(chǎng)、燈絲形狀和燈絲純度等各方面進(jìn)行優(yōu)化，未能有效增加引出束流大小.與此同時(shí)，供電電源中頻繁出現(xiàn)元器件燒壞問(wèn)題，燈絲電源與起弧電源經(jīng)常不匹配，無(wú)法穩(wěn)定起弧.離子源供電電源互聯(lián)關(guān)系的原理框圖如圖1(a)所示.由圖1(a)可見(jiàn)，燈絲電流源提供穩(wěn)定可調(diào)的電流，使鎢燈絲產(chǎn)生熱電子發(fā)射.同時(shí)，起弧電源在燈絲與弧室之間加穩(wěn)定可調(diào)的電壓，獲得穩(wěn)定的源氣體等離子體.原離子源供電系統(tǒng)中燈絲電源最大輸出500 W，起弧電源最大輸出450 W，如圖1(b)所示.這兩套電源由于年代久遠(yuǎn)，電子元件老化嚴(yán)重，影響了離子束流及相關(guān)性能，因此定制了300 A的電流源，電壓5 V，電流、電壓雙控制，最大輸出1 500 W.同時(shí)還定制了1 500 W起弧電源，電壓150 V，電流10 A，采用電壓、電流雙控制模式，并集成到當(dāng)前的系統(tǒng)中，實(shí)物如圖1(c)所示.用φ 2×80高純鎢棒做燈絲，離子源真空在20 μTorr左右，燈絲電源在150 A左右，起弧電源75 V，得到穩(wěn)定的弧流約2 A，陽(yáng)極引出硼離子束流約10 mA.而改造前，最大的陽(yáng)極引出硼離子束流約2 mA，且不穩(wěn)定，經(jīng)常滅弧.兩臺(tái)電源的電流、電壓均能控制并調(diào)節(jié)，功能符合預(yù)期，運(yùn)轉(zhuǎn)正常.

圖1 離子源供電電源

2.2 光電隔離控制系統(tǒng)

離子源內(nèi)部與外部操作臺(tái)之間有吸出和加速高壓，操作臺(tái)上的控制必須通過(guò)隔離高壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn).在原控制系統(tǒng)中，電位器產(chǎn)生的模擬量，通過(guò)電壓頻率轉(zhuǎn)換，成為控制發(fā)光二極管的方波信號(hào)，如圖2(a)所示.通過(guò)塑料光纖，光信號(hào)送入離子源內(nèi)，在通過(guò)頻率電壓逆轉(zhuǎn)換，將控制端的模擬電壓還原回來(lái)，如圖2(b)所示.由于芯片功能衰退或互聯(lián)問(wèn)題，光電隔離控制經(jīng)常不穩(wěn)定，尤其是對(duì)分析磁場(chǎng)的控制和對(duì)源氣體流量的MFC的控制.用工業(yè)級(jí)的多通道光端機(jī)更換舊的光纖通訊系統(tǒng)，三組光端機(jī)的發(fā)射部分如圖2(c)所示，兩組光端機(jī)的接受部分如圖2(d)所示，用于控制燈絲電源、起弧電源、4路氣體流量MFC.另一個(gè)光端機(jī)接收器如圖2(e)所示，用于控制分析器、源磁場(chǎng)及析出高壓.改造后，原控制面板上的電位器全部停用，新的電位器統(tǒng)一接在一個(gè)5 V直流電源上，可調(diào)節(jié)輸出0～5 V模擬信號(hào).在未加高壓情況下，外部電位器設(shè)定的電壓值與內(nèi)部光端機(jī)接收器輸出的電壓值保持一致，最大偏差小于0.1 V，完全滿足使用需求.在120 kV(析出高壓30 kV，直線加速高壓90 kV)高壓下，測(cè)試每一路光電隔離控制線路，均可以穩(wěn)定調(diào)節(jié)，不受高壓影響，也不影響高壓的調(diào)節(jié)與設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能.

圖2 光電隔離控制系統(tǒng)改造

2.3 進(jìn)樣終端升級(jí)

原設(shè)備中一個(gè)進(jìn)樣終端不可用，將這一路的法拉第檢測(cè)系統(tǒng)含光闌及后端的進(jìn)樣卡盤(pán)全部去除，用從其他舊設(shè)備上拆下的15 cm部件替換安裝.系統(tǒng)通電后，手動(dòng)逐步檢查操作，發(fā)現(xiàn)進(jìn)出樣片功能正常.一個(gè)10 cm進(jìn)樣終端升級(jí)為15 cm，將10 cm單晶硅圓片貼在15 cm單晶硅圓片上，并固定在進(jìn)樣室內(nèi),如圖3所示.

圖3 進(jìn)樣卡盤(pán)升級(jí)

2.4 劑量監(jiān)控系統(tǒng)改造

深入分析掃描控制板上各模塊的功能，在原電路板上加裝電位器、正負(fù)極性轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及電容濾波器，如圖4(a)所示.測(cè)試發(fā)現(xiàn)，束流能夠向兩個(gè)進(jìn)樣終端偏轉(zhuǎn)，15 cm的光闌、4個(gè)角法拉第杯能夠正常接收到束流，說(shuō)明掃描開(kāi)的離子束滿足15 cm晶圓片注入的面積.新開(kāi)發(fā)的劑量監(jiān)控系統(tǒng)如圖4(b)所示，包括電流轉(zhuǎn)電壓模塊、電壓轉(zhuǎn)頻率模塊、以單片機(jī)為核心的計(jì)數(shù)比較模塊及電磁氣動(dòng)閥束流開(kāi)關(guān).利用CA741放大器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再用AD654將電壓轉(zhuǎn)換成方波頻率，送入單片機(jī)進(jìn)行累積計(jì)數(shù).在單片機(jī)另一輸入端設(shè)定需要注入劑量的數(shù)值，單片機(jī)不斷比較累計(jì)計(jì)數(shù)與設(shè)定劑量數(shù)值，當(dāng)兩者完全相等時(shí)，輸出一個(gè)5 V的高電位，控制繼電器接通24 V電磁閥控制信號(hào)，壓縮空氣推動(dòng)氣缸，切換束線擋板，從開(kāi)通到關(guān)閉位置狀態(tài).按下復(fù)位鍵，當(dāng)累計(jì)計(jì)數(shù)與設(shè)定劑量數(shù)值不等時(shí)，單片機(jī)輸出0 V低電位，束線擋板保持在開(kāi)通位置狀態(tài).用數(shù)字源表的恒電流源模式產(chǎn)生的電流模擬離子束束流檢測(cè)到劑量監(jiān)控系統(tǒng)功能與預(yù)期一致，運(yùn)轉(zhuǎn)完全正常.通過(guò)調(diào)節(jié)放大器的放大系數(shù)和AD654的時(shí)間常數(shù)，離子束束流25 μA產(chǎn)生40 kHz方波，在10～400 kHz范圍，電流與頻率線性相關(guān)系數(shù)大于0.99，滿足對(duì)設(shè)備實(shí)際產(chǎn)生離子束束流的數(shù)字化計(jì)量.經(jīng)計(jì)算，2×107個(gè)方波計(jì)數(shù)相當(dāng)于1×1015cm-2的劑量，在實(shí)際硅片上注入后，通過(guò)電阻反推注入離子數(shù)量，與設(shè)定劑量值基本一致，同時(shí)，還與工藝仿真結(jié)果吻合較好.

圖4 (a)掃描控制模塊，(b)劑量監(jiān)控及束流開(kāi)關(guān)控制模塊

2.5 加速高壓系統(tǒng)改造

原設(shè)備的直線加速高壓部分采用二極管和大電容的倍壓器架構(gòu)，由于二極管和電容器的性能退化，經(jīng)常發(fā)生擊穿、打火等現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常使用.將舊的電源及倍壓器拆除，換上定制的單極性輸出高壓電源，輸出高壓直接加載到加速管上，工作完全正常，加載的高壓在0～100 kV可調(diào)節(jié)，原系統(tǒng)中的高壓測(cè)量模塊正常工作，能夠準(zhǔn)確讀出實(shí)際加載的高壓，該數(shù)值等于新高壓電源加載的高壓值與吸出高壓之和，完全符合預(yù)期.

2.6 硼離子束流及注入均勻性

改造后的離子注入整體設(shè)備運(yùn)行正常，在150 A燈絲電流、75 V起弧電壓、三氟化硼氣體保持離子源真空為20 μTorr、28 keV析出電壓和束流能量加速到60 keV等條件下，主法拉第杯上測(cè)量到的束流達(dá)到160 μA，如圖5所示.

圖5 主法拉第杯實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)束流照片

通常采用離子注入后形成電阻的不均勻性反映離子注入的均勻性.在設(shè)備全部正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，使用硼離子注入n型單晶硅片，退火激活后，測(cè)量注入面方塊電阻，統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果如表1所列.在兩個(gè)劑量水平上，各用5片15 cm圓片測(cè)量片內(nèi)和片間均勻性，測(cè)試結(jié)果表明，片內(nèi)及片間的電阻不均勻性都優(yōu)于3.5%.使用離子注入工藝仿真軟件ICECREAM和SRAM進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果與此臺(tái)設(shè)備實(shí)際工藝結(jié)果較一致.

表1 硼離子注入形成電阻的不均勻性

3 應(yīng)用實(shí)例

研究發(fā)現(xiàn)，濃硼摻雜的單晶硅層，在堿性濕法腐蝕中，腐蝕速度大大減小[2].隨著腐蝕溫度降低，在較低的硼摻雜濃度下，就會(huì)出現(xiàn)腐蝕自停止效應(yīng).EPW“S”是一種有機(jī)堿性溶液，包含乙二胺、鄰苯二酚、水和吡嗪，能夠在50 ℃以上使用，對(duì)氧氣不敏感，不形成殘留物，各向異性腐蝕，(100)面與(111)面腐蝕速率比約100∶1，能有效避免堿金屬離子對(duì)半導(dǎo)體器件性能的影響.氫氧化鉀溶液是最常用的一種單晶硅濕法腐蝕溶液，(100)面與(111)面腐蝕速率比約400∶1，可以選擇性各向異性腐蝕.在有機(jī)堿性溶液中，相對(duì)較低的硼摻雜濃度即可實(shí)現(xiàn)腐蝕自停止層制作，在較低的腐蝕溫度下，較低的硼摻雜濃度就可以制備出腐蝕自停止層單晶硅[3].

在完成設(shè)備升級(jí)改造后，一般1～2 h就能順利完成濃硼離子注入工藝.利用大束流硼離子注入制備濃硼摻雜單晶硅結(jié)構(gòu)層，1×1016cm-2以上的離子劑量已經(jīng)能夠應(yīng)用到MEMS壓力傳感器、熱電器件以及納米諧振子器件中.

3.1 MEMS 壓力傳感器

P型重?fù)诫s的硅壓阻溫度系數(shù)小，Goodrich公司報(bào)道了一款基于重?fù)诫s硼的硅壓阻MEMS壓力傳感器，經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償，測(cè)量精度達(dá)到0.05%，是目前報(bào)道的性能最好的壓阻式MEMS壓力傳感器[4].由于在醫(yī)療、氣象、航空航天等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用需求，微型化MEMS壓力傳感器的研究受到越來(lái)越多的關(guān)注[5].在n型單晶硅表面注入硼，形成濃硼摻雜層，利用該濃硼層制作硅納米線壓阻，互聯(lián)成惠斯通電橋，構(gòu)建出MEMS壓力傳感器芯片.經(jīng)過(guò)濃硼摻雜過(guò)的單晶硅在四甲基氫氧化銨(TMAH)溶液中腐蝕后剩余的硅薄膜如圖6(a)所示.該膜厚可以通過(guò)離子注入及后續(xù)退火工藝調(diào)節(jié).表面整層的濃硼摻雜硅通過(guò)溝槽刻蝕隔離技術(shù)，在應(yīng)力集中的感壓膜上形成壓阻條.圖6(b)是懸空硅壓阻局部放大的掃描電鏡(SEM)照片，寬度120 nm，厚度1.1 μm.圖6(c)是感壓膜邊沿切向壓阻條的SEM照片.圖6(d)為MEMS壓力傳感器芯片橫截面的SEM照片，感壓膜厚度40 μm.實(shí)驗(yàn)室測(cè)試發(fā)現(xiàn)，滿量程1 MPa輸出約50 mV，滿量程精度優(yōu)于1%.溫度特性測(cè)試在恒溫箱中進(jìn)行，分別測(cè)量-25、25、120 ℃ 3個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，靈敏度溫度系數(shù)最大僅3%，電阻溫度系數(shù)最大為2.5%.

圖6 基于濃硼摻雜硅壓阻MEMS壓力傳感器

3.2 熱電器件

熱電器件基于塞貝克效應(yīng)能夠?qū)崮苻D(zhuǎn)換成電能，基于珀?duì)柼?yīng)能使用電能產(chǎn)生局部制冷.體硅材料的熱電優(yōu)值ZT僅僅0.01左右，濃硼摻雜的硅納米線表現(xiàn)出優(yōu)異的熱電性能[6]，最大熱電優(yōu)值ZT接近1[7].由于硅材料應(yīng)用廣泛，并且微納加工工藝成熟，易于集成，已經(jīng)吸引了廣泛的研究興趣[8].利用離子注入在n型單晶硅表面形成濃硼摻雜層，在TMAH溶液中自停止腐蝕，制作出硅納米線熱電器件[9].硅納米線熱電器件結(jié)鉤如圖7(a)所示，利用金屬鉑構(gòu)建兩個(gè)熱島，同時(shí)用作溫度傳感器.圖7(b)是硅納米線熱電器件的中間懸空的硅納米線的SEM照片.硅納米線的長(zhǎng)7.66 μm，寬408 nm，高685 nm，電導(dǎo)率約為1.3×10-3Ω?cm，對(duì)應(yīng)的摻雜濃度為8.92×1 019 cm-3.該硅納米線的熱導(dǎo)率為 17.25 W/(m·K)，與塊體單晶硅的熱導(dǎo)率相比[120 W/(m·K)]，降低了約7倍.測(cè)量得到，該硅納米線室溫下塞貝克系數(shù)是 44.45 μV/K.

圖7 硅納米線熱電器件

3.3 硅納米帶諧振子

高靈敏傳感器在公共安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品衛(wèi)生和臨床診斷等領(lǐng)域有著迫切應(yīng)用需求，諧振頻率變化的納米線諧振子是高靈敏傳感器的核心元件.微納機(jī)電生化傳感器利用機(jī)械組元與待測(cè)物相互作用，通過(guò)測(cè)量機(jī)械組元的質(zhì)量、應(yīng)力和表面聲波等參數(shù)的變化，獲得檢測(cè)物的信息.基于諧振原理的生化傳感器，表現(xiàn)出高靈敏度，能檢測(cè)出單個(gè)細(xì)菌、單個(gè)病毒和單條DNA等.并且，經(jīng)過(guò)表面修飾后，檢測(cè)選擇性得到提高，例如，利用自組裝分子固定抗體，可檢測(cè)肝癌標(biāo)志物甲胎蛋白.修飾表面敏感層，可檢測(cè)環(huán)境中爆炸物、有毒氣體的分子等.用納米材料構(gòu)筑諧振型生化傳感器，將進(jìn)一步促進(jìn)生化傳感器向小型化、高靈敏、低成本和智能化方向發(fā)展.懸臂梁和雙端固支梁是最常用的微納諧振子，它們本征共振頻率f0為：

(1)

式中，k、m*是梁的彈性系數(shù)和有效質(zhì)量，t、L是梁的厚度及長(zhǎng)度，E、ρ是梁材料的楊氏模量和密度，C是常數(shù)，懸臂梁的C為0.161 5，雙端固支梁的C為1.027.若不考慮表面吸附對(duì)諧振子剛度系數(shù)的影響，諧振子頻移(Δf)與吸附質(zhì)量(Δm)成線性關(guān)系：

(2)

由式(2)可見(jiàn)，提高檢測(cè)靈敏度(f0/2m*)的途徑有：(1)提高本征共振頻率(f0).(2)減小振動(dòng)部分有效質(zhì)量(m*).由式(1)可見(jiàn)，對(duì)于相同材料和尺寸，雙端固支梁的共振頻率是懸臂梁的6倍多.振動(dòng)部分有效質(zhì)量隨梁尺寸的立方減小，納米尺寸諧振子將大大提高對(duì)質(zhì)量檢測(cè)的靈敏度.例如，一微米尺度梁(長(zhǎng)×寬×厚為200 × 20 × 0.2 μm3)與一納米尺度梁(長(zhǎng)×寬×厚為1 000 × 200 × 200 nm3)，微米梁的質(zhì)量是納米梁的2×104倍，納米梁的本征共振頻率是微米梁的4×104倍.根據(jù)式(2)，納米梁對(duì)質(zhì)量檢測(cè)的靈敏度是微米梁的8×108倍.

利用離子注入形成濃硼摻雜層，通過(guò)電子束光刻和干濕法刻蝕，制作出硅納米帶諧振器.單柵極硅納米帶諧振子的SEM照片如圖8(a)所示.由圖8(b)可知，硅納米帶長(zhǎng)5.2 μm，寬75 nm，厚800 nm.該諧振子通過(guò)柵極加交流激勵(lì)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)硅納米帶振動(dòng)，通過(guò)測(cè)量源漏兩端的電阻變化率，得到諧振頻率.另外，還可以通過(guò)源漏通電流、加熱驅(qū)動(dòng)硅納米帶振動(dòng)、測(cè)量納米帶與柵極間的電容變化率讀出諧振頻率.類(lèi)似的工藝，還可以制作出不同長(zhǎng)度硅納米帶、雙柵控制的諧振子，如圖8(c)和(d)所示.利用這套工藝，可以制備出一系列不同尺寸的硅納米帶諧振子，可控調(diào)節(jié)的尺寸范圍為：長(zhǎng) 1～10 μm，寬50～1 000 nm，厚 200～2 000 nm，為高靈敏度傳感器的構(gòu)建奠定了基礎(chǔ).

圖8 硅納米線諧振子

4 結(jié)論

針對(duì)中科院半導(dǎo)體所瓦里安300XP離子注入機(jī)的功能缺陷，將原離子源供電系統(tǒng)中燈絲電流源和起弧電壓源的最大輸出功率升級(jí)，并集成到當(dāng)前的系統(tǒng)中.將原系統(tǒng)中塑料光纖隔離控制線路更換成工業(yè)級(jí)多通道光纖通訊光端機(jī)，對(duì)氣體流量、離子源電源、分析器、源磁場(chǎng)、吸極高壓進(jìn)行穩(wěn)定控制和調(diào)節(jié).將原系統(tǒng)中采用倍壓原理的高壓加速系統(tǒng)升級(jí)成一體化單極性的高壓輸出電源.將一個(gè)10 cm進(jìn)樣終端改造成15 cm的樣品卡盤(pán)，并開(kāi)發(fā)一套獨(dú)立控制劑量監(jiān)測(cè)系統(tǒng).改造后，硼最大束流超過(guò)150 μA，15 cm晶圓片內(nèi)片間電阻不均勻性優(yōu)于3.5%.利用大束流硼離子注入制備濃硼摻雜單晶硅結(jié)構(gòu)層，成功應(yīng)用到MEMS壓力傳感器、熱電器件以及納米諧振子器件中.

致謝：

感謝國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(項(xiàng)目號(hào)：2019YFB1503602，2018YFB1107502)、國(guó)家自然科學(xué)基金(項(xiàng)目號(hào)：51720105004)、中國(guó)科學(xué)院科研儀器設(shè)備研制項(xiàng)目(項(xiàng)目號(hào)：GJJSTD20200006)及中國(guó)科學(xué)院儀器設(shè)備功能開(kāi)發(fā)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目對(duì)本研究工作的支持.