光电子-微电子集成是目前半导体行业研究的一个重点方向,然而Si的间接带隙性质使得其辐射复合效率低下,极大地限制了 Si在光电产业方面的应用。离子注入由其工艺成熟,产生的缺陷种类繁多,缺陷发光稳定等原因逐渐成为改善Si发光性能的主要研究方法。Si自离子注入硅基材料不会引入异种离子,只产生缺陷发光中心(填隙或空位团簇),易于调控。绝缘层上氧化硅(Silicon on Insulator,SOI)材料由于其独特的结构以及优异的电学特性,在半导体行业备受青睐。因此,向SOI材料引入缺陷发光中心,实现芯片内光互连,并匹配现有CMOS生产工艺,对于未来半导体行业发展将带来巨大的促进。本论文通过不同离子注入方案设计,控制后退火工艺参数,对自离子注入SOI发光材料的发光特性及机理进行了讨论和研究,确认了从可见波段至红外波段一些发光峰的起源,并比较确认了不同温度下发光行为变化的原因,阐明了不同剂量注入SOI材料填隙缺陷的演变机理。论文主要内容如下:1.Si自离子注入SOI基片发光性能及机理探究研究了 130 KeV注入能量的Si自离子注入SOI基片配合退火工艺得到光致发光(Photoluminescence,PL)图谱。讨论了自离子注入SOI试样中W线的发光行为的变化。I1和 I2峰相近的PL谱变化趋势和相同的温度与强度相关性变化规律表明,这两个峰的发光中心源自相同的填隙团簇。而在可见光波段,位于1.762 eV附近的峰可被归结为硅纳米晶发光。通过ESR分析知,2.123 eV的P2峰发光起源是弱氧键中心,而2.174 eV的则是由于中性氧空位中心和E’中心共同作用下形成的发光。2.能量递减多次Si自离子注入SOI材料顶层硅的发光现象探究利用多次能量递减向SOI材料中注入Si离子,再经不同参数后退火过程,得到了红外波段丰富的发光峰。单次能量注入SOI试样中的填隙离子在退火过程中的扩散不发生填隙离子层间的交叠,能够获得较多种类的发光中心。而多次能量注入试样在较高退火温度下由于不同的注入层之间填隙离子扩散交叠,得到了更大密度的缺陷,在“扩散-熟化”机制下,这些缺陷聚集形成分布平均但尺寸较大的填隙团簇,并且由于量子尺寸效应,发光峰位向红外方向移动。