本文關(guān)鍵詞：寬光譜響應(yīng)微納結(jié)構(gòu)硅材料制備及光電探測應(yīng)用研究　出處：《電子科技大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：重?fù)诫s硅由于其獨特的表面形貌和良好的寬光譜吸收特性,受到了國內(nèi)外學(xué)者們的廣泛關(guān)注和深入研究。目前這一新型材料可用于硅基光電探測器、太陽能電池等領(lǐng)域,并將產(chǎn)生革命性的影響。激光用于材料的改性與加工已經(jīng)很多年了,由于激光的特殊性,改性過后的材料往往能顯現(xiàn)出與眾不同的性能。我們采用飛秒激光在SF6氣氛下掃描單晶硅,得到表面具有尖錐狀結(jié)構(gòu)的重?fù)诫s硅。研究表明,樣品表面尖錐高度約為數(shù)個微米甚至更高,對可見-近紅外波段的光的吸收均高達(dá)90%以上,充分顯示了高吸收、寬光譜響應(yīng)的特性。對可見光的高吸收是因為獨特的尖錐結(jié)構(gòu)所形成的陷光效應(yīng),增加了材料表面對光的吸收次數(shù)。而高能激光在燒蝕熔化硅表面的同時摻入了S元素雜質(zhì),摻雜濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于S元素在硅中的固溶度,所以雜質(zhì)元素在硅的禁帶寬度中引入了雜質(zhì)能帶,使得材料能吸收能量小于禁帶寬度的光子,從而實現(xiàn)了對近紅外波段的光的高吸收。雖然在SF6氣氛下制備的重?fù)诫s硅有更高的吸收,但是尖錐高度較高就不利于后續(xù)器件的制備,從而讓材料的特殊性能得不到充分應(yīng)用。離子注入的應(yīng)用解決了這個問題。先通過離子注入在硅表面摻雜高濃度的雜質(zhì),后使用低能量和低脈沖數(shù)目掃描硅片,得到表面粗糙度在納米級別的重?fù)诫s硅。材料對可見光的吸收依然能達(dá)到90%以上,對近紅外波段的光的吸收有所下降,為60%以上,但仍要比單晶硅的吸收高出很多。通過霍爾效應(yīng)表征了材料的載流子濃度、電阻率和電子遷移率,材料表現(xiàn)出了與單晶硅不同的電學(xué)性能,載流子濃度能達(dá)到1020cm-3,電阻率也非常低,電子的遷移率降低到82cm2v-1s-1,這是由于超高的摻雜濃度所導(dǎo)致的。將重?fù)诫s硅材料制成PN/PIN結(jié)光電探測器,測試分析了器件的光暗電流和響應(yīng)度曲線。PN結(jié)器件的響應(yīng)度最大為0.9A/W,在軍事上常用的1060nm波段,響應(yīng)度依然可以達(dá)到0.17A/W,PIN結(jié)器件的響應(yīng)度最高更是達(dá)到5.94A/W,充分表現(xiàn)出重?fù)诫s硅材料在光電探測器領(lǐng)域的巨大潛力。不過兩種器件的暗電流都非常大,主要是表面經(jīng)過激光掃描以及深能級雜質(zhì)的重?fù)诫s,形成大量復(fù)合中心,造成光生載流子難以渡越。
[Abstract]:......
【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】：2016
【分類號】：TN15;TN304.12

【參考文獻】

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本文編號：1349153