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,而具有自主知識產(chǎn)權(quán)的小尺寸、長壽命和高性能的非制冷紅外焦平面探測器,是我國高科技領(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)工藝簡單、與硅工藝兼容等優(yōu)點,在紅外探測器等相關(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)水平相對較高,會直接影響到非制冷紅外探測器的性能發(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、適宜微測輻射熱計應(yīng)用的薄膜材料制備工藝。目前,薄膜的低頻噪聲測試仍存在很多不確定性因素,本文簡要闡述了薄膜噪聲理論和低頻噪聲產(chǎn)生機理,以便確定薄膜低頻噪聲的測試方案。為了能夠系統(tǒng)地評價薄膜的低頻噪聲水平,自主搭建了一個薄膜低頻噪聲測試平臺,以確保低頻噪聲測試結(jié)果的可靠性,并建立了統(tǒng)一的評價手段。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,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,薄膜的電阻率相比本征非晶硅下降了近8個數(shù)量級。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,能夠滿足微測輻射熱計應(yīng)用的要求。本文還研究了熱處理退火對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,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個數(shù)量級,最低可達(dá)到2.80×10-9。研究表明,通過金屬Ru摻雜輔以熱退火處理,對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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.2

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