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与Si材料相比,Ge材料具有更高的的电子和空穴迁移率,在1.3-1.5 μm通信通信波段具有更高的吸收系数。此外,Ge工艺与现如今成熟的Si工艺相互兼容,Ge与GaAs晶格失配极小(～0.07%),可用作于制备Ⅲ-Ⅴ族器件的外延平台,这使得Ge材料成为了下一代高性能微电子和光电子器件的理想候选材料。然而,Ge器件容易产生更大的漏电流,其尺寸进一步减小容易导致小尺寸效应。绝缘体上锗(Germanium-on-Insulator,GOI)材料具有Ge材料的优势和绝缘体上硅(Silicon-on-Insulator,SOI)的结构优点,可以很好地解决体Ge器件的不足。通过Ge-Si02直接晶片键合可以获得低位错密度的GOI材料,但由于Ge表面亲水性处理较为困难及Ge表面氧化物(GeOx)的不稳定性,在低温下(≦400 ℃),采用Ge-Si02晶片直接键合技术得到的GOI键合强度通常较低,键合界面容易产生空洞和气泡,而且由于GeOx的存在,导致Ge/Si02界面具有较高的界面态,这对于后期器件制备是不利的。本文通过在Ge上生长超薄Si薄膜(Si/Ge),增强了表面亲水性,同时抑制了 GeOx的生成,然后通过Ge/Si-Si02键合制备了键合质量较高的GOI材料。论文的主要工作内容和创新点如下:1、研究了超高真空化学气相沉积系统(UHV/CVD)生长的lnm超薄Si薄膜(Si/Ge)在实现Ge/Si-Si02键合中的作用。XPS测试结果表明,超薄Si的引入有效地抑制了 GeOx的形成,这使得在退火后(400 ℃),由GeOx分解引起的空洞基本上消失了。在氨水溶液处理后,接触角测试表明Si/Ge表面亲水性比Ge表面更好,因此,在400 ℃退火后,Ge/Si-Si02键合中形成的Si-O-Si键数量多于在Ge-SiO2键合中的Ge-O-Si键数,此外由于Si-O-Si键的强度大于Ge-O-Si键的强度,这些最终导致Ge/Si-Si02键合强度(4.39MPa)远大于Ge-Si02键合强度(0.91 MPa)。2、研究了磁控溅射生长的不同厚度(2 nm、5 nm、10 nm)超薄Si薄膜(Si/Ge)在实现Ge/Si-Si02键合中的作用。接触角测试表明Si/Ge表面亲水性较Ge表面亲水性更好,而且随着超薄Si厚度的增大,Si/Ge表面亲水性先变好,然后基本维持不变。由于Si/Ge表面具有更好的亲水性,因此在250 ℃低温退火后,Ge/Si-Si02键合片的键合强度大于Ge-Si02键合片键合强度(1.2MPa),其中5nm厚的超薄Si的Ge/Si-SiO2键合片的键合强度最大,为3.9 MPa,而且其键合界面基本无空洞出现。3、探索了键合片顶层Ge的减薄工艺以及对GOI材料做了相关电学表征。首先采用机械研磨法将顶层Ge从170μm 减薄到40 μm,减薄后的Ge层仍然十分完整,仅一小部分边缘Ge层脱落。随后两步化学机械抛光(CMP)使得GOI表面RMS粗糙度降低到0.39nm。最后采用(H2O2:H3PO4:H2O=1:6:10)溶液将GOI顶层Ge厚度减薄到了 0.5～1 μm,腐蚀后的GOI表面仍然十分平整,仅有少量较小的腐蚀坑出现。霍尔测试结果表明GOI具有良好的空穴迁移率(460 cm2/V s),与体Ge的迁移率(523 cm2/Vs)相差不大。GOIPseudo-MOSFET具有晶体管特性,但由于GOI顶层Ge太厚,导致GOI Pseudo-MOSFET处于部分耗尽状态。