论文总字数：10563字

摘 要

本篇论文主要介绍了新材料发现方法---材料芯片技术，包括材料芯片技术的发展历程以及芯片制备和实验过程，最后着重讲述了基于离子注入技术的材料芯片技术在红外探测器、量子阱材料等方面的应用。并且发现在筛选和优化制作元件方面，材料芯片技术有着高效、快捷、可比性强等特点，在研究上有很大的价值。同时文章也介绍了离子注入技术，并阐述了其简单、可控性高以及可以与其他半导体工艺兼容等特点，并将其与材料芯片技术相结合可以得到高效的、可比性好的样品材料。总而言之,材料芯片技术具有很大价值和高端产业前景的，值得被关注。

关键词：材料芯片技术，离子注入技术，掩膜

Abstract：This paper explains the new material discovery method--material chip technology. Through the explanation of the three parts, we can fully understand the development history of the material chip technology and the chip preparation and experiment process. At the end, we will mainly focus on the new material of the material chip technology based on ion implantation technology in infrared detectors, quantum wells, etc.. It is also found that material chip technology has the characteristics of high efficiency and comparable. At the same time, this paper also introduces ion implantation technology. It is simple, controllable. Ion implantation technology can be compatible with other semiconductor processes and can obtain high-efficiency and comparable sample units. All in all, material chip technology is of great value and highly industry prospects.

Keywords：Material chip technology, ion implantation technology, masks

目 录

1 引言 4

1.1 材料芯片技术的产生 4

1.2 材料芯片技术的发展 4

2 不同离子注入剂量88单元阵列材料芯片制备 5

2.1 掩膜板设计 5

2.2 不同参数单元的获取 6

2.3 离子注入技术 7

2.4 材料芯片检测技术 8

2.5 参数的再优化 9

3 材料芯片技术在新材料制备中的应用 9

3.1 HgCdTe（碲镉汞）p-n结零偏电阻 9

3.2 量子阱材料界面修饰 11

结论 14

参考文献 15

致谢 16

1 引言

1.1 材料芯片技术的产生

在如今科技快速发展的时代，新材料在我国的地位已是不可或缺的，可谓是我国重要产业之一，平时人们的生活无不与新材料息息相关。然而传统的材料发现方法耗时长，费力费钱，明显已经不能满足现时代的要求。因此为了能够快速而又高效的发现和制备新材料，人们需要探索新的方法。

在所有人为此困扰时，人们发现在制药领域里，有人采用组合化学的方法，使得在制药工业里发现了新化合物，从而在制药领域产生了革命性的变革，使得传统的方法被代替。因此从这里材料学家们联想到了新材料的开发方法，他们用相似的原理来加速新材料的进程，也得到了不错的效果。而这种具有重大意义的发现正是材料芯片技术，随后其在全世界都得到了发展，渐渐的在材料学里成为一门新的学科叫做组合材料学。

1.2 材料芯片技术的发展

那什么是材料芯片呢？其实它就是一种材料库，且又具有密度高的特点。而关于材料芯片技术，它最早是由项晓东博士等人^[1]于1995年提出来的。这项技术其实就是指通过利用一系列掩膜板的组合，在同一块基片材料上获取具有不同工艺参数的系列单元列阵的方法。该方法在溅射的过程中通过4个不同的掩膜板先后进行10次组合掩膜，在同一片基片上形成128个棋盘状分布的具有不同元素比例组成的特征单元阵列（如图1左），顺序扫描和并行检测这些单元，可以从中快速筛选出高性能的超导材料。

图1 128元、3232元的材料芯片示意图

众所周知1995年时项晓东等博士在世界著名期刊《Science》上发表了关于新材料发现方法材料芯片技术，与此同时该期刊还将其提交论文时的图片作为封面 ，并特意开专题研究讨论，最终将其评为1998年以来十大进步科技之一。随后该项技术就风靡各个国家，各个领域，得到了推广和发展。例如在高效荧光材料的研究中^[2]，采用光刻的方法在2.5 cm2.5 cm的范围内获得磷组分准连续变化的1024个单元（图1右），通过对不同单元荧光行为随磷组分的变化关系，高效地获得了优化化学计量比的材料，最终研制出高效蓝光发射材料；三元或四元合金的磁性薄膜材料磁光特性研究（2020元）、介电材料 / 铁电材料（256元）等方面的应用研究，多数结果发表在一流的学术刊物上。2000年1月国际光学工程学会（SPIE）召开了一次会议，专门研讨组合材料芯片技术在材料与器件研究中的应用。同时，该方法在、催化剂、聚合物、硅酸盐的水热合成、激光分子束外延、直流磁控溅射以及溶胶-凝胶等材料合成技术中都得到了广泛应用。

当下，一个全新的“组合材料学”研究领域已经形成，其中重要的一个方面就是基于材料芯片技术的，因此我们将材料芯片技术称之为芯片上的实验室，英文简称Lab on Chip。

正因为材料芯片技术的发现，极大缩短了时间，也省下了许多人力和财力，具有高效性，可谓是颠覆了以往的材料发现方法，具有极高的商业化价值，因此对它的研究是具有重要的科学价值的。

目前，材料芯片技术在新材料制备中的应用极为广泛，其中半导体材料最为突出。而现如今半导体材料中主要基于离子注入技术，因此本篇论文着重讲解基于离子注入技术的材料芯片技术。

2 不同离子注入计量88单元阵列材料芯片制备

2.1 掩膜板设计

在之前谈论过材料芯片技术就是一系列掩膜版的组合。从而在本实验中，将根据离子注入技术对材料芯片制备的需求，对88单元阵列设计了一个系列掩膜版，如图2-1所示，其主要是为了实现对一个材料的不同部位进行遮挡。当中，空白部分就用白色表示。显而易见，在掩膜版mask1当中有64个方孔，这代表了材料芯片上不同参数的系列单元分布示意图，而在第二个掩膜板中的下面4行变成空的，在第三个中让3、4和7、8这4行成空的，在第四个中则让2、4、6、8成为空的。通过四个掩膜板的组合即可在同一块材料上实现具有不同参数的64个不同的小区域。

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