本文關(guān)鍵詞：硅基非晶薄膜微結(jié)構(gòu)與低頻噪聲研究

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【摘要】：非制冷紅外焦平面探測(cè)器在軍用和民用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,而具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的小尺寸、長(zhǎng)壽命和高性能的非制冷紅外焦平面探測(cè)器,是我國(guó)高科技領(lǐng)域的迫切需求。其中,深入探索和研究具有優(yōu)異電學(xué)性能的低噪聲紅外敏感薄膜,意義重大。非晶硅(a-Si)薄膜具有電阻溫度系數(shù)大、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、與硅工藝兼容等優(yōu)點(diǎn),在紅外探測(cè)器等相關(guān)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。但是,非晶硅薄膜本身存在缺陷較多,導(dǎo)致其低頻噪聲(1/f噪聲)水平相對(duì)較高,會(huì)直接影響到非制冷紅外探測(cè)器的性能發(fā)揮。因而,本文采用貴金屬元素釕(Ru)摻雜非晶硅薄膜,結(jié)合適當(dāng)?shù)臒嵬嘶?對(duì)比研究了薄膜的微結(jié)構(gòu)以及低頻噪聲的演變,試圖找到一種能使非晶硅薄膜結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定、噪聲水平更低、適宜微測(cè)輻射熱計(jì)應(yīng)用的薄膜材料制備工藝。目前,薄膜的低頻噪聲測(cè)試仍存在很多不確定性因素,本文簡(jiǎn)要闡述了薄膜噪聲理論和低頻噪聲產(chǎn)生機(jī)理,以便確定薄膜低頻噪聲的測(cè)試方案。為了能夠系統(tǒng)地評(píng)價(jià)薄膜的低頻噪聲水平,自主搭建了一個(gè)薄膜低頻噪聲測(cè)試平臺(tái),以確保低頻噪聲測(cè)試結(jié)果的可靠性,并建立了統(tǒng)一的評(píng)價(jià)手段。利用射頻磁控濺射工藝制備非晶硅釕(a-Si1-xRux)合金薄膜,研究了不同釕摻雜比例對(duì)薄膜微結(jié)構(gòu)及電學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),隨著Ru原子的摻入,a-Si1-xRux非晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有序程度逐漸惡化,但制備態(tài)薄膜微結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了Ru2Si納米晶體,與此同時(shí),薄膜的室溫電阻率逐漸降低,1/f噪聲水平明顯得到改善,當(dāng)Ru摻雜比例為8%時(shí),薄膜的電阻率相比本征非晶硅下降了近8個(gè)數(shù)量級(jí)。盡管隨著Ru摻雜比例的增加,薄膜電阻溫度系數(shù)(TCR)的絕對(duì)值逐漸減少,但4%Ru的摻雜薄膜仍然有TCR=2.4%/K,能夠滿足微測(cè)輻射熱計(jì)應(yīng)用的要求。本文還研究了熱處理退火對(duì)a-Si1-xRux薄膜微結(jié)構(gòu)和低頻噪聲的影響。結(jié)果表明,退火可使非晶薄膜的有序度得到改善、薄膜缺陷減少。摻雜6%Ru的非晶薄膜經(jīng)過(guò)700℃×1h的退火后,微結(jié)構(gòu)中發(fā)生了明顯的晶化,出現(xiàn)了新的Si納米晶以及由Ru2Si相變發(fā)展成的Ru2Si3納米晶。值得關(guān)注的是,退火處理在提高薄膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時(shí),還降低了薄膜的低頻噪聲水平,噪聲系數(shù)相比退火前下降了約2個(gè)數(shù)量級(jí),最低可達(dá)到2.80×10-9。研究表明,通過(guò)金屬Ru摻雜輔以熱退火處理,對(duì)降低硅基非晶薄膜的低頻噪聲水平,技術(shù)上是完全可行的。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.2

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