本文關(guān)鍵詞：氫含量對非晶硅薄膜熱光效應影響的研究

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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,使其能夠在半導體領域的光電器件中廣泛應用。在基于非晶硅熱光效應設計的器件中,材料的熱光系數(shù)是影響其光學性能的關(guān)鍵因素。表征熱光系數(shù)的禁帶寬度、極化率等參數(shù)會因為材料微結(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熱光效應的影響。首先,通過對非晶硅結(jié)構(gòu)和熱光效應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影響其熱光效應�；诜蔷Ч锜峁庀禂�(shù)的單振蕩器模型,推導出氫含量與非晶硅熱光系數(shù)的關(guān)系,并在此基礎上仿真分析了氫含量對薄膜熱光系數(shù)的影響,為之后的實驗設計提供了理論依據(jù)。其次,為了測試非晶硅薄膜的熱光系數(shù),設計搭建了基于FILMeasure-20的測量平臺,并使用搭建的平臺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熱光效應的影響。通過對PECVD沉積的非晶硅薄膜樣品進行不同溫度的短時間退火熱處理,研究了氫含量及其鍵合方式的改變對熱光效應的影響。實驗結(jié)果表明,與未經(jīng)過退火處理的薄膜樣品相比,由FTIR吸收峰強度表征的氫含量在退火溫度為100℃到300℃時逐漸上升;當退火溫度到500℃之后吸收峰強度減弱,氫含量下降,薄膜的熱光系數(shù)也是呈先增長再下降的趨勢。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熱光效應的影響。分析發(fā)現(xiàn),當?shù)枯^低時,薄膜的FTIR吸收峰強度較大,膜中氫含量較高,N摻雜非晶硅薄膜的折射率和熱光效應的表征更接近非晶硅;薄膜中摻氮含量較高時,Si-N鍵的吸收峰會增強,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,更接近氮化硅。通過仿真分析和實驗驗證可知,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,進而改變其熱光系數(shù),這對于光電器件的實際生產(chǎn)實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
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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含量的基礎理論16-19
• 2.1.1 非晶硅薄膜結(jié)構(gòu)的基本特點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 非晶硅熱光效應研究的相關(guān)測試技術(shù)29-36
• 3.1 國內(nèi)外測試方法的發(fā)展現(xiàn)狀29-30
• 3.2 測試平臺的搭建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 氫含量對熱處理非晶硅薄膜熱光效應的影響36-53
• 4.1 引言36
• 4.2 薄膜的制備及實驗參數(shù)設計36-41
• 4.2.1 PECVD制備非晶硅薄膜36-40
• 4.2.2 實驗參數(shù)的設計40-41
• 4.3 不同退火溫度對薄膜氫含量的影響41-47
• 4.4 熱處理對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N摻雜非晶硅薄膜熱光效應的影響53-63
• 5.1 引言53
• 5.2 實驗參數(shù)的設計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66-70
• 攻讀碩士期間的研究成果70-71

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