CN112269277B - 一种基于应力硅的电光调制器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于应力硅的电光调制器及其制备方法，其中，方法包括：提供衬底SOI；通过光刻，在SOI硅层刻蚀出脊型硅波导层以及位于脊型硅波导层两侧的slab层并进行掺杂；其中，所述脊型硅波导层包括第一单晶硅层以及第二单晶硅层，第一单晶硅层与第二单晶硅层之间形成有一通道；在通道内淀积非晶硅；在非晶硅和脊型硅波导层上沉积一层二氧化硅；通过大功率激光器辐射二氧化硅的表面；所述大功率激光器辐射的激光透过所述二氧化硅的表面照射至所述非晶硅，使所述非晶硅退火生成第三单晶硅层，并且使得所述脊型硅波导层在横向的轴线产生拉应力，从而打破了单晶硅的中心反演对称结构，进而可以实现一阶电光效应，提高硅基电光调制器的调制效率。
Description
技术领域
本发明涉及调制器领域，具体而言，涉及一种基于应力硅的电光调制器及其制备方法。
背景技术
近年来，随着物联网的迅猛发展，光纤通信系统作为物联网的重要依托，其发展受到更多的重视。在长途骨干网领域，随着光传输技术的成熟和发展，世界范围内出现了干线传输网络的建设热潮，传输带宽、传输容量快速发展。
随着光纤通信系统的发展，光器件的发展也同样面临着机遇和挑战，如何开发出性能优良、价格低廉的光器件已经成为人们所面临的首要问题。硅基光电子器件具有易于集成、工艺成本低等优点，近些年来引起研究人员的广泛关注。硅(Si)材料作为微电子领域的传统材料，在加工工艺和制作成本上有着其他材料无可比拟的优势，硅基光电子集成技术应运而生。
作为硅基光电集成技术中的重要的代表元件之一的电光调制器，它的作用就是把电信号加到光载波上，将电信号转变为光信号。硅基电光调制器经过十几年的发展，在结构上不断优化，性能进一步提高。
近年来，在学术界和工业界的持续创新努力下，各种高性能指标的波导集成的硅基电光调制器不断被提出，部分指标已经达到了商用三五族探测器的水平。
由于硅单晶为中心反演对称结构，因此不具有一阶电光效应(泡克尔斯效应)，而二阶电光效应(克尔效应)非常微弱。因此，目前硅基电光调制器主要采用等离子色散效应。然而等离子色散效应仍然非常微弱，导致目前采用的硅基电光调制器调制效率很低，器件尺寸很大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于应力硅的电光调制器及其制备方法，以解决上述存在的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种基于应力硅的电光调制器的制备方法，包括
提供作为衬底的SOI；
通过光刻，在所述SOI硅层刻蚀出脊型硅波导层以及位于所述脊型硅波导层两侧的slab层；其中，所述脊型硅波导层包括第一单晶硅层以及第二单晶硅层，所述第一单晶硅层与所述第二单晶硅层之间形成有一通道；
在所述第一单晶硅层和所述第一单晶硅层旁边的第一slab层进行n型掺杂，所述第二单晶硅层和所述第二单晶硅层旁边的第二slab层进行p型掺杂；
在所述通道内淀积非晶硅；
在所述非晶硅和所述脊型硅波导层上沉积一层二氧化硅；
通过大功率激光器辐射所述二氧化硅的表面；其中，所述大功率激光器辐射的激光透过所述二氧化硅的表面照射至所述非晶硅，使所述非晶硅退火生成第三单晶硅层，并且使得所述脊型硅波导层在横向的轴线产生拉应力。
进一步的，所述脊型硅波导层和脊型硅波导层脊两侧的slab层，通过湿法或干法蚀刻所述SOI的硅层获得。
进一步的，所述非晶硅通过CVD低温淀积获得。
更进一步的，所述低温范围是150℃-350℃
进一步的，在所述n型掺杂的第一slab层的上方开孔以制备一个G电极；在所述p型掺杂的第二slab层的上方开孔以制备一个S电极。
更进一步的，所述G电极和S电极通过蒸镀或电镀获得。
进一步的，所述脊型硅波导层采用深刻蚀制备得到。
进一步的，所述大功率激光器是波长为488nm的氩离子大功率激光器。
本发明还提供一种基于应力硅的电光调制器，包括：
作为衬底的SOI层；
脊型硅波导层，形成于所述SOI层上；所述脊型硅波导层包括紧密连接的第一单晶硅层、第二单晶硅层以及第三单晶硅层；所述第三单晶硅层位于所述第一单晶硅层与所述第二单晶硅层之间；所述第三单晶硅层通过使用大功率激光器对非晶硅进行退火生成；
slab层，形成于所述脊型硅波导层两侧，其中，所述第一单晶硅层旁边的第一slab层和所述第一单晶硅层进行n型掺杂，所述第二单晶硅层旁边的第二slab层和所述第二单晶硅层进行p型掺杂
进一步的，一个G电极和一个S电极，所述G电极设置在所述n型掺杂的第一slab层上，所述S电极设置于在所述p型掺杂的第二slab层上。
本发明的有益技术效果：
本发明通过光刻，在所述SOI硅层刻蚀出脊型硅波导层以及位于脊型硅波导层两侧的slab层；其中，所述脊型硅波导层包括第一单晶硅层以及第二单晶硅层，第一单晶硅层与第二单晶硅层之间形成有一通道；在通道内淀积非晶硅；在所述非晶硅和所述脊型硅波导层上沉积一层二氧化硅；通过大功率激光器辐射所述二氧化硅的表面；其中，所述大功率激光器辐射的激光透过所述二氧化硅的表面照射至所述非晶硅，使所述非晶硅退火生成第三单晶硅层，并且使得所述脊型硅波导层在横向的轴线产生拉应力，从而打破了单晶硅的中心反演对称结构，进而可以实现一阶电光效应，提高硅基电光调制器的调制效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供的一种基于应力硅的电光调制器的制备方法流程示意图。
图2为本发明实施例提供的SOI衬底结构示意图。
图3为本发明实施例提供的制备出的中间刻蚀的脊型硅波导层，以及脊型硅波导层两侧为slab层结构示意图。
图4为本发明实施例提供的在脊型硅波导和slab层掺杂示意图。
图5为本发明实施例提供的在脊型硅波导中间深刻蚀区淀积非晶硅示意图。
图6为本发明实施例提供的激光器透过二氧化硅辐照非晶硅示意图。
图7为本发明实施例提供的非晶硅转化为应力单晶硅应力示意图。
图8为本发明第二实施例提供的一种基于应力硅的电光调制器结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1所示，本发明第一实施例提供了一种基于应力硅的电光调制器的制备方法，包括：
S11：提供作为衬底的SOI；
在本实施例中，如图2，所述衬底层是SOI，SOI是一种新型结构硅材料，又称绝缘层上硅，通过在体硅中加入一层绝缘层，例如SiO2,具有一些特殊性质；SOI具有速度高，功耗低，集成度高和成本低的优点。
S12:通过光刻，在所述SOI硅层刻蚀出脊型硅波导层以及位于所述脊型硅波导层两侧的slab层；其中，所述脊型硅波导层包括第一单晶硅层以及第二单晶硅层，所述第一单晶硅层与所述第二单晶硅层之间形成有一通道；
在本实施例中，如图3，所述脊型硅波导层和脊型硅波导层脊两侧的slab层，可选择蚀刻液进行湿法刻蚀或干法蚀刻SOI的硅层获得，其中，所述第一单晶硅层与所述第二单晶硅层之间的通道采用深刻蚀制备获得。当然，需要说明的是，所述脊型硅波导层和脊型硅波导层脊两侧的slab层也可以采用其他方式刻蚀，这些方案均在本发明的保护范围内。
S13:在所述第一单晶硅层和所述第一单晶硅层旁边的第一slab层进行n型掺杂，所述第二单晶硅层和所述第二单晶硅层旁边的第二slab层进行p型掺杂；
在本实施例中，如图4，所述掺杂为轻掺杂，掺杂浓度为1015～1017，在所述第一单晶硅层和所述第一单晶硅层旁边的第一slab层进行n型掺杂通过掺入磷元素实现，所述第二单晶硅层和所述第二单晶硅层旁边的第二slab层进行p型掺杂通过掺入硼元素实现，当然需要说明的是，所述p型掺杂和n型掺杂也可以通过其他元素实现，这些方案均在本发明的保护范围。
S14:在所述通道内淀积非晶硅；
在本实施例中，如图5，在所述所述第一单晶硅层与所述第二单晶硅层之间通过CVD低温淀积非晶硅，填充刻蚀出的通道，所述低温范围是150℃-350℃。当然，需要说明的是，所述非晶硅也可以采用其他方式淀积非晶硅，这些方案均在本发明的保护范围内。
S15:在所述非晶硅和所述脊型硅波导层上沉积一层二氧化硅；
S16:通过大功率激光器辐射所述二氧化硅的表面；其中，所述大功率激光器辐射的激光透过所述二氧化硅的表面照射至所述非晶硅，使所述非晶硅退火生成第三单晶硅层，并且使得所述脊型硅波导层在横向的轴线产生拉应力。
在本实施例中，如图6-7，所述大功率激光器是波长为488nm的氩离子大功率激光器。由于在488nm波段二氧化硅是透明的，激光器辐射出的光能量透过二氧化硅被非晶硅吸收，吸收光后的非晶硅温度逐渐上升，直至超过非晶硅的熔融温度1420k，从而达到对非晶硅退火的目的。非晶硅经过退火后变为单晶硅，由于非晶硅原子堆叠杂乱无章，在一定量的原子数量的情况下非晶硅占有较大的空间，因而非晶硅退火成为单晶硅之后所占空间有所减小。同时由于非晶硅与单晶硅之间的Si-Si健的作用，对非晶硅转变为单晶硅所产生的体积变化产生拉力，因此单晶硅就在界面的轴线产生拉应力，从而打破了单晶硅的中心反演对称结构。进而可以实现一阶电光效应，提高硅基电光调制器的调制效率。
在本实施例中，还包括电极的制备，如图8，在所述n型掺杂的第一slab层的上方开孔以制备一个G电极；在所述p型掺杂的第二slab层的上方开孔以制备一个S电极。所述S电极和G电极通过蒸镀或电镀获得。当然需要说明的是，所述S电极和G电极也可以选择其他方式制备，这些方案均在本发明的保护范围。
本实施例提供一种基于应力硅的电光调制器制备方法，包括：通过光刻，在SOI硅层刻蚀出脊型硅波导层，以及所述脊型硅波导层两侧的slab层并进行掺杂；在所述脊型硅波导层中间淀积非晶硅；在所述非晶硅和所述脊型硅波导层上沉积一层二氧化硅；通过大功率激光器辐射所述二氧化硅表面，所述激光器辐射使所述非晶硅退火后变为单晶硅。由于非晶硅与单晶硅之间的Si-Si健的作用，对非晶硅转变为单晶硅所产生的体积变化产生拉力，因此单晶硅就在界面的轴线产生拉应力，从而打破了单晶硅的中心反演对称结构。进而可以实现一阶电光效应，提高硅基电光调制器的调制效率。
本发明第二实施例提供了一种基于应力硅的电光调制器，如图8，包括：
作为衬底的SOI层10；
在本实施例中，如图2，所述SOI层10是一种新型结构硅材料，又称绝缘层上硅，通过在体硅中加入一层绝缘层，例如SiO2，具有一些特殊性质；所述SOI层10具有速度高，功耗低，集成度高和成本低的优点。
脊型硅波导层20，如图3，形成于所述SOI层上；所述脊型硅波导层20包括紧密连接的第一单晶硅层21、第二单晶硅层22以及第三单晶硅层23；所述第三单晶硅层23位于所述第一单晶硅层21与所述第二单晶硅层22之间；所述第三单晶硅层23通过使用大功率激光器对非晶硅进行退火生成；
在本实施例中，所述脊型硅波导层20，可选择湿法蚀刻液或干法蚀刻SOI的硅层获得，其中，所述第一单晶硅层21与所述第二单晶硅层22之间采用深刻蚀制备获得。如图4-6，第一单晶硅层21和第二单晶硅层22中间通过CVD低温淀积非晶硅，填充刻蚀出的通道，所述低温范围是150℃-350℃。所述大功率激光器是波长为488nm的氩离子大功率激光器。在所述非晶硅和所述脊型硅波导层上沉积一层二氧化硅，由于在488nm波段二氧化硅是透明的，激光器辐射出的光能量透过二氧化硅被非晶硅吸收，吸收光后的非晶硅温度逐渐上升，直至超过非晶硅的熔融温度1420k，从而达到对非晶硅退火的目的。非晶硅经过退火后变为单晶硅，由于非晶硅原子堆叠杂乱无章，在一定量的原子数量的情况下非晶硅占有较大的空间，因而非晶硅退火成为单晶硅之后所占空间有所减小。同时由于非晶硅与单晶硅之间的Si-Si健的作用，对非晶硅转变为单晶硅所产生的体积变化产生拉力，因此单晶硅就在界面的轴线产生拉应力，从而打破了单晶硅的中心反演对称结构。进而可以实现一阶电光效应，提高硅基电光调制器的调制效率。当然，需要说明的是，所述非晶硅也可以采用其他方式淀积，这些方案均在本发明的保护范围内。
slab层30，如图4，形成于所述脊型硅波导层20两侧，其中，第一单晶硅层21旁边的第一slab层31和所述第一单晶硅层21进行n型掺杂，第二单晶硅层22旁边的第二slab层32和第二单晶硅层22进行p型掺杂；
在本实施例中，脊型波硅导层20脊两侧的slab层30，可选择湿法蚀刻液或干法蚀刻SOI的硅层获得，所述掺杂为轻掺杂，掺杂浓度为1015～1017，在所述第一单晶硅层21和所述第一单晶硅层21旁边的第一slab层31进行n型掺杂通过掺入磷元素实现，所述第二单晶硅层22和所述第二单晶硅层22旁边的第二slab层32进行p型掺杂通过掺入硼元素实现，当然需要说明的是，所述p型掺杂和n型掺杂也可以通过其他元素实现，这些方案均在本发明的保护范围。
本实施例还包括电极40，如图8，包括一个G电极41和一个S电极42，所述G电极41设置在所述n掺杂的第一slab层31上，所述S电极42设置于在所述p掺杂的第二slab层32上；
在本实施例中，所述G电极41和S电极42通过蒸镀或电镀获得。当然需要说明的是，所述S电极42和G电极41也可以选择其他方式制备，这些方案均在本发明的保护范围。
本实施例提供一种基于应力硅的电光调制器，包括作为衬底的SOI层10；脊型硅波导层20，形成于所述SOI层10上；所述脊型硅波导层20包括紧密连接的第一单晶硅层21、第二单晶硅层22以及第三单晶硅层23；所述第三单晶硅层23位于所述第一单晶硅层21与所述第二单晶硅层22之间；所述第三单晶硅层23通过使用大功率激光器对非晶硅进行退火生成；slab层30，形成于所述脊型硅波导层20两侧，其中，第一单晶硅层旁边的第一slab层和所述第一单晶硅层进行n掺杂，第二单晶硅层旁边的第二slab层和第二单晶硅层进行p掺杂。由于非晶硅与单晶硅之间的Si-Si健的作用，对非晶硅转变为单晶硅所产生的体积变化产生拉力，因此单晶硅就在界面的轴线产生拉应力，从而打破了单晶硅的中心反演对称结构，进而可以实现一阶电光效应，提高硅基电光调制器的调制效率。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于应力硅的电光调制器的制备方法，其特征在于，包括：
提供作为衬底的SOI；
通过光刻，在所述SOI硅层刻蚀出脊型硅波导层以及位于所述脊型硅波导层两侧的slab层；其中，所述脊型硅波导层包括第一单晶硅层以及第二单晶硅层，所述第一单晶硅层与所述第二单晶硅层之间形成有一通道；
在所述第一单晶硅层和所述第一单晶硅层旁边的第一slab层进行n型掺杂，所述第二单晶硅层和所述第二单晶硅层旁边的第二slab层进行p型掺杂；
在所述通道内淀积非晶硅；
在所述非晶硅和所述脊型硅波导层上沉积一层二氧化硅；
通过大功率激光器辐射所述二氧化硅的表面；其中，所述大功率激光器辐射的激光透过所述二氧化硅的表面照射至所述非晶硅，使所述非晶硅退火生成第三单晶硅层，并且使得所述脊型硅波导层在横向的轴线产生拉应力。
2.根据权利要求1所述的一种基于应力硅的电光调制器的制备方法，其特征在于，所述脊型硅波导层和脊型硅波导层两侧的slab层通过湿法或干法蚀刻所述SOI硅层获得。
3.根据权利要求1所述的一种基于应力硅的电光调制器的制备方法，其特征在于，所述非晶硅通过CVD低温淀积获得。
4.根据权利要求3所述的一种基于应力硅的电光调制器的制备方法，其特征在于，所述低温范围是150℃-350℃。
5.根据权利要求1所述的一种基于应力硅的电光调制器的制备方法，其特征在于，
在所述n型掺杂的第一slab层的上方开孔以制备一个G电极；
在所述p型掺杂的第二slab层的上方开孔以制备一个S电极。
6.根据权利要求5所述的一种基于应力硅的电光调制器的制备方法，其特征在于，所述G电极和S电极通过蒸镀或电镀获得。
7.根据权利要求1所述的一种基于应力硅的电光调制器的制备方法，其特征在于，所述脊型硅波导层采用深刻蚀制备得到。
8.根据权利要求1所述的基于应力硅的电光调制器的制备方法，其特征在于，所述大功率激光器是波长为488nm的氩离子大功率激光器。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述的一种基于应力硅的电光调制器的制备方法所制备的电光调制器，其特征在于，包括：
作为衬底的SOI层；
脊型硅波导层，形成于所述SOI层上；所述脊型硅波导层包括紧密连接的第一单晶硅层、第二单晶硅层以及第三单晶硅层；所述第三单晶硅层位于所述第一单晶硅层与所述第二单晶硅层之间；所述第三单晶硅层通过使用大功率激光器对非晶硅进行退火生成；
slab层，形成于所述脊型硅波导层两侧，其中，对所述第一单晶硅层旁边的第一slab层和所述第一单晶硅层进行n型掺杂，对所述第二单晶硅层旁边的第二slab层和所述第二单晶硅层进行p型掺杂。
10.根据权利要求9所述的电光调制器，其特征在于，还包括：一个G电极和一个S电极，所述G电极设置在所述n型掺杂的第一slab层上，所述S电极设置于在所述p型掺杂的第二slab层上。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0126292A1 (en) * | 1983-04-21 | 1984-11-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device having an element isolation layer and method of manufacturing the same |
| FR2650915A1 (fr) * | 1989-08-11 | 1991-02-15 | Thomson Composants Microondes | Transistor a effet de champ et son procede de realisation |
| US6635900B1 (en) * | 1995-06-01 | 2003-10-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor film having a single-crystal like region with no grain boundary |
| JP2009302171A (ja) * | 2008-06-11 | 2009-12-24 | Seiko Epson Corp | 半導体装置の製造方法、トランジスタの製造方法ならびに電気光学装置の製造方法 |
| CN104418294A (zh) * | 2013-08-22 | 2015-03-18 | 无锡华润上华半导体有限公司 | 一种控制原位掺杂非晶硅应力的方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2002231628A (ja) * | 2001-02-01 | 2002-08-16 | Sony Corp | 半導体薄膜の形成方法及び半導体装置の製造方法、これらの方法の実施に使用する装置、並びに電気光学装置 |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0126292A1 (en) * | 1983-04-21 | 1984-11-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device having an element isolation layer and method of manufacturing the same |
| FR2650915A1 (fr) * | 1989-08-11 | 1991-02-15 | Thomson Composants Microondes | Transistor a effet de champ et son procede de realisation |
| US6635900B1 (en) * | 1995-06-01 | 2003-10-21 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor film having a single-crystal like region with no grain boundary |
| JP2009302171A (ja) * | 2008-06-11 | 2009-12-24 | Seiko Epson Corp | 半導体装置の製造方法、トランジスタの製造方法ならびに電気光学装置の製造方法 |
| CN104418294A (zh) * | 2013-08-22 | 2015-03-18 | 无锡华润上华半导体有限公司 | 一种控制原位掺杂非晶硅应力的方法 |
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Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| A silicon-on-insulator slab for topological valley transport;xin-tao he 等;Nature communication;20191231;第10卷;872-1-872-9 * |
| High-Performance Microring Resonator Ge-on-Si Photodetectors by Optimizing Absorption Layer Length;Cui jishi等;IEEE Photonics Journal;20200831;第12卷(第4期);6802208-1-6802208-9 * |
| Optical saturation characteristics of dual-and single-injection Ge-on-Si photodetectors;崔积适等;Chinese Optics Letters;20180710;第16卷(第7期);82-85 * |
| 多晶硅和非晶硅膜中的应力;R.T.Howe, R.S.Muller, 黄嘉华;微电子学与计算机;19891201(第06期);25-26 * |
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