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利用金属过渡层键合SiSi、SiGaN的研究的综述报告
引言
随着半导体材料及其相关领域研究的迅速发展，其在光电子学、能源和微电子学等方面的应用越来越广泛。然而，由于材料表面电子能级的调控极其困难，而在电子能级调控方面，过渡金属的能力被广泛地认为是非常高效的。因此，过渡金属与半导体之间的键合技术成为了一种重要的前沿研究方向，连同聚合物与金属之间的键合技术，已成为微电子学制造技术不可或缺的组成部分。
本文将综述金属过渡层键合Si/Si、Si/GaN的研究，包括过渡金属种类、过渡金属/半导体界面和借助此技术制造的器件等。
过渡金属种类
在半导体与金属之间制造键合，其中主要涉及的是过渡金属层。在现代半导体工程中，最常见的过渡金属基本上有两种：一种是钛，另一种是铬。这两种过渡金属都有非常好的超薄膜铝化性能，具有很高的化学惰性，能够很好地保护接触区域。此外，钛和铬也有较高的电导率、可扩散性和低斯底谢常数等特性，这使得它们可以用于太阳能和LED（LightEmittingDiode）、CMOS（ComplementaryMetallicOxideSemiconductor）传感器等高性能电子器件的制造。
过渡金属/半导体界面
过渡金属与半导体之间的键合技术中，过渡金属/半导体界面的形成是一个重要的环节。界面质量的好坏将直接影响键合质量和器件性能。在过渡金属/半导体界面的形成过程中，影响界面质量的因素有很多，比如过渡金属与半导体材料的反应、加热温度、反应时间等等，这些因素都需要进行深入研究。
对于铬过渡层和Si基底的键合，一般是在真空中通过热压力键合的方法实现的。金属铬和Si基底在高温下会进行化学反应，形成CrSi2态的铬化物，这种化合物和Si之间有着很好的界面亲和性，从而实现了铬过渡层和Si基底之间的键合。但是，在键合过程中，如果加热时间过长或者温度过高，就会出现反应失控的情况，从而导致键合界面质量下降。因此，对于不同的材料组合，需要选择不同的加热时间和温度，以实现最佳的键合质量。
对于钛过渡层和GaN（GalliumNitride）材料的键合，一般使用电子束蒸发（e-beamevaporation）或者热蒸发的方法来实现。钛可以在高温下和GaN材料形成TiN化合物，同时也可以用于制造钛酸铝（Al2TiO5）的薄膜。这种钛酸铝薄膜可以很好地保护GaN材料表面并提高钛/半导体界面的质量。此外，钛/半导体界面处的铝氧化物（Al2O3）也可以优化界面质量，在钛过渡层键合的应用中得到了广泛应用。
借助金属过渡层键合制造器件
利用金属过渡层键合技术制造的器件种类很多，包括太阳能电池、LED、CMOS电路、微机电系统（MEMS）等。这里我们将以太阳能电池和LED为例进行简述。
钛/铬过渡层键合技术在太阳能电池的制造中已经得到广泛应用。太阳能电池的制造一般分为多个步骤，其中一个重要的步骤就是制造电极。在钛/铬过渡层键合技术中，钛/铬层经过电压处理，制成导电电极。此外，过渡金属还可以用于防止金属在氧化环境中氧化。通过选择不同的过渡金属，可以实现不同材料的键合，从而实现太阳能电池的集成制造。
GaN基底的表面结构和其导电性作用决定了GaNLED的性能。在GaNLED的制造中，GaN基底表面结构需要通过过渡金属/半导体界面来改善，并且需要考虑钛/铬等过渡金属的蒸发条件，以制造高质量的GaNLED。通常情况下，在制造GaNLED器件时，选择合适的键合条件和过渡金属种类能够很好地保护GaN基底并实现良好的界面，提高GaNLED的输出功率和长时间稳定性。
结论
随着金属过渡层键合技术的不断发展，其在太阳能电池、LED、CMOS电路、MEMS等微电子器件的制造中已经得到广泛应用。过渡金属/半导体界面的形成和过渡金属种类的选择是影响键合质量的两个重要因素。在制造过程中需要考虑不同材料的反应特性和加热温度，对加热时间和条件进行优化，实现最佳的键合质量。通过过渡金属/半导体界面，可以实现材料的集成和组装，从而创建高性能的微电子器件。