晶圆键合技术因为其可以将不同晶格常数不同晶向的材料结合在一起的优势,使得它在微机电系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical-Systems),光电器件以及绝缘体上硅材料等领域发挥着中要作用。目前,用于硅基器件制备的键合方法有很多,比如传统的亲水键合、HF处理的疏水键合、表面活化键合、等离子体辅助键合、阳极键合以及中介层键合等。与传统的亲水和疏水键合相比,等离子辅助键合可以在较低的键合温度实现较强的键合强度。但是,因为界面处的亲水反应在退火过程中会形成氧化层,而氧化层存在会限制载流子在界面处的输运。超高真空的表面活化键合和疏水键合虽然能实现无界面氧化层的键合,但是所需要的键合条件都太过苛刻,需要的成本太高。在传统的中介层键合方法的缺点显而易见,由于在键合晶圆的界面处引入了异质材料,在键合过程中由于材料之间的物理性质的差异,难以形成良好键合界面,往往在键合界面处存在大量的空洞和缺陷。本文在键合界面通过磁控溅射生长一层非晶锗过渡层,利用非晶锗层的亲水性实现了 Si/Si的低温高强度键合。由于非晶锗结构疏松的特性,获得了一个无气泡的键合界面,并且没有发现氧化层的存在。通过该键合技术,我们制备了 PN结器件,也实现Ge与SiO2的键合。本论文主要取得了以下成果:1、采用Ar离子轰击和磁控溅射生长两种方法在硅片表面形成非晶硅层,并对其表面形貌进行研究。利用非晶硅材料的结构特性,并对其表面用HF基溶液进行疏水处理,实现Si/Si疏水键合。通过实验探究发现Ar离子轰击活化Si表面的低温键合,需要在真空环境中进行预键合,确保表面悬挂键的活性,避免被氧化,也确保在贴合过程中界面没有气体存在,从而才能实现无隙贴合。HF基溶液能赋予非晶硅表面疏水特性,但同样会恶化其表面形貌,其中加入硝酸和氨水的溶液更为明显。非晶硅层的引入有助于界面气泡的吸收,从而降低实现疏水键合所需的退火温度。但由于疏水键合对表面形貌的苛刻要求,经过疏水处理的非晶硅无法完全达到,故即便经过长时间的退火,也无法实现体硅的键合强度和无空洞气泡的键合界面。2、经实验发现磁控溅射生长的非晶锗薄膜具有很强的亲水性,且其表面粗糙度RMS符合键合条件。随着引入键合界面非晶锗厚度的增加,界面气泡不断减小,当厚度达到20nm时,就可以得到一个近似无气泡的键合界面。键合强度也和界面气泡相关,随着气泡的减少,键合强度不断提高。当经过400℃退火20小时,非晶锗层厚度超过30nm时,键合强度可以达到体硅的强度。界面处由于亲水反应产生的副产物H2,可以通过疏松的非晶锗结构排出界面。并且在键合界面并没有形成氧化层。基于非晶锗过渡层的低温键合技术制备的n-n结具有良好的电学性能,其界面阻抗接近硅衬底的电阻。不同退火温度退火的p-n结界面处的载流子输运机制不同,350℃退火的可以用缺陷辅助隧穿来解释,而400℃退火的可以用产生-复合模型来解释。3、在Ge衬底上溅射生长非晶锗薄膜,随着溅射功率的增大,非晶锗薄膜的表面粗糙度也基本呈现出随之增大的趋势。Ge衬底上生长非晶锗薄膜的表面粗糙度随着薄膜厚度增大而增大,当薄膜厚度＜2nm时,接触角随着厚度的增加,急剧减小,当厚度＞2nm时,接触角稳定在3°左右。与传统的湿法处理Ge衬底表面实现与SiO2的键合方法相比,引入非晶锗过渡层的方法,在键合强度和降低界面气泡上有明显的提升。当非晶锗层厚度为2nm时,键合样品界面气泡基本得以消除,此时键合强度达到最大(4.5MPa)。