本文關(guān)鍵詞：氫含量對(duì)非晶硅薄膜熱光效應(yīng)影響的研究

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【摘要】：非晶硅薄膜在近紅外波段具有低吸收率、高熱光系數(shù)、制作成本低且易于集成等優(yōu)點(diǎn),使其能夠在半導(dǎo)體領(lǐng)域的光電器件中廣泛應(yīng)用。在基于非晶硅熱光效應(yīng)設(shè)計(jì)的器件中,材料的熱光系數(shù)是影響其光學(xué)性能的關(guān)鍵因素。表征熱光系數(shù)的禁帶寬度、極化率等參數(shù)會(huì)因?yàn)椴牧衔⒔Y(jié)構(gòu)的變化而發(fā)生改變。而薄膜中氫含量及氫的鍵合方式是影響薄膜的微結(jié)構(gòu)的主要因素。因此本文從仿真和工藝兩方面研究了薄膜中氫含量的變化對(duì)熱光效應(yīng)的影響。首先,通過(guò)對(duì)非晶硅結(jié)構(gòu)和熱光效應(yīng)基本物理原理的理論分析,總結(jié)出非晶硅薄膜中氫含量的變化會(huì)影響其熱光效應(yīng)�；诜蔷Ч锜峁庀禂�(shù)的單振蕩器模型,推導(dǎo)出氫含量與非晶硅熱光系數(shù)的關(guān)系,并在此基礎(chǔ)上仿真分析了氫含量對(duì)薄膜熱光系數(shù)的影響,為之后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。其次,為了測(cè)試非晶硅薄膜的熱光系數(shù),設(shè)計(jì)搭建了基于FILMeasure-20的測(cè)量平臺(tái),并使用搭建的平臺(tái)研究分析了熱處理非晶硅薄膜和N摻雜非晶硅薄膜在1550nm波段薄膜的氫含量對(duì)熱光效應(yīng)的影響。通過(guò)對(duì)PECVD沉積的非晶硅薄膜樣品進(jìn)行不同溫度的短時(shí)間退火熱處理,研究了氫含量及其鍵合方式的改變對(duì)熱光效應(yīng)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與未經(jīng)過(guò)退火處理的薄膜樣品相比,由FTIR吸收峰強(qiáng)度表征的氫含量在退火溫度為100℃到300℃時(shí)逐漸上升;當(dāng)退火溫度到500℃之后吸收峰強(qiáng)度減弱,氫含量下降,薄膜的熱光系數(shù)也是呈先增長(zhǎng)再下降的趨勢(shì)。將SiH_4和NH_3的混合氣體通入PECVD制備了N摻雜非晶硅薄膜,研究不同摻雜比下薄膜中氫含量和Si-H的鍵合方式的變化對(duì)熱光效應(yīng)的影響。分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)?shù)枯^低時(shí),薄膜的FTIR吸收峰強(qiáng)度較大,膜中氫含量較高,N摻雜非晶硅薄膜的折射率和熱光效應(yīng)的表征更接近非晶硅;薄膜中摻氮含量較高時(shí),Si-N鍵的吸收峰會(huì)增強(qiáng),影響Si-H鍵的鍵合方式,N摻雜非晶硅薄膜的折射率及其熱光系數(shù)都呈下降的趨勢(shì),更接近氮化硅。通過(guò)仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可知,工藝參數(shù)的改變能有效地改變薄膜中氫的鍵合方式及氫含量,進(jìn)而改變其熱光系數(shù),這對(duì)于光電器件的實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐具有重要的參考意義。
【關(guān)鍵詞】：非晶硅薄膜 氫含量 熱光系數(shù) PECVD 薄膜性能
【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】：2016
【分類號(hào)】：O484
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 基于熱光特性的光電子器件概述10-13
• 1.2 研究意義13-15
• 1.3 本文的研究思路及內(nèi)容安排15-16
• 第二章 非晶硅薄膜氫含量與熱光效應(yīng)關(guān)系的理論研究16-29
• 2.1 非晶硅薄膜的結(jié)構(gòu)及H含量的基礎(chǔ)理論16-19
• 2.1.1 非晶硅薄膜結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)16-17
• 2.1.2 非晶硅薄膜的Si-H組態(tài)及H含量17-19
• 2.2 熱光效應(yīng)的物理原理19-21
• 2.3 非晶硅薄膜氫含量與熱光系數(shù)的建模仿真21-28
• 2.3.1 非晶硅薄膜熱光系數(shù)的單振蕩器模型22-24
• 2.3.2 氫含量與熱光系數(shù)關(guān)系的建立24-26
• 2.3.3 氫含量對(duì)熱光系數(shù)影響的仿真分析26-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第三章 非晶硅熱光效應(yīng)研究的相關(guān)測(cè)試技術(shù)29-36
• 3.1 國(guó)內(nèi)外測(cè)試方法的發(fā)展現(xiàn)狀29-30
• 3.2 測(cè)試平臺(tái)的搭建30-32
• 3.3 非晶硅薄膜其他性能表征方法32-35
• 3.3.1 傅里葉紅外光譜法32-34
• 3.3.2 FILMeasure-20光譜分析法34
• 3.3.3 掃描電子顯微鏡法34-35
• 3.3.4 X射線衍射法35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 第四章 氫含量對(duì)熱處理非晶硅薄膜熱光效應(yīng)的影響36-53
• 4.1 引言36
• 4.2 薄膜的制備及實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)計(jì)36-41
• 4.2.1 PECVD制備非晶硅薄膜36-40
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)計(jì)40-41
• 4.3 不同退火溫度對(duì)薄膜氫含量的影響41-47
• 4.4 熱處理對(duì)非晶硅薄膜熱光系數(shù)的影響47-51
• 4.5 本章小結(jié)51-53
• 第五章 氫含量對(duì)N摻雜非晶硅薄膜熱光效應(yīng)的影響53-63
• 5.1 引言53
• 5.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)計(jì)53
• 5.3 不同摻雜比下薄膜的H含量及性能的表征53-59
• 5.4 N摻雜對(duì)非晶硅薄膜熱光系數(shù)的影響59-62
• 5.5 本章小結(jié)62-63
• 第六章 總結(jié)63-65
• 6.1 工作總結(jié)63-64
• 6.2 展望64-65
• 致謝65-66
• 參考文獻(xiàn)66-70
• 攻讀碩士期間的研究成果70-71

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