【摘要】：在光電子領(lǐng)域半導(dǎo)體硅材料占據(jù)主導(dǎo)地位,這是由于硅材料具有成本較低和現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)COMS工藝兼容性較好的優(yōu)勢;但是硅由于帶隙限制使其對高于1.1μm波段紅外光吸收很低,因此硅材料不適合應(yīng)用在紅外探測領(lǐng)域。通過飛秒激光輻照方法制備的過飽和硫摻雜黑硅材料的紅外吸收率可高達90%以上,高紅外吸收率的黑硅材料為硅材料在紅外探測方面應(yīng)用提供了有力的支持;但硫摻雜黑硅材料熱退火處理后其具有較差紅外吸收率熱穩(wěn)定性;與此同時,過飽和摻雜的硫雜質(zhì)會引入較高的自由載流子濃度使其器件具有較大的背景噪聲;其中熱退火處理為制備器件的一個必要過程。因此我們?nèi)噪y制備出具有高響應(yīng)的黑硅材料探測器件。而過渡金屬元素金在硅帶隙中施主和受主兩種雜質(zhì)能級具有補償效應(yīng),可以降低其自由載流子濃度,從而降低器件的暗電流,以提高器件響應(yīng)度。因此,我們通過飛秒激光輻照方法制備出過飽和金摻雜黑硅材料,希望制備出載流子濃度較低和熱穩(wěn)定性質(zhì)紅外吸收較好的黑硅材料。本文研究發(fā)現(xiàn),飛秒激光輻照后過飽和金摻雜黑硅在0.25μm-2.5μm波段光吸收率均高于單晶硅襯底的光吸收率;在1.1μm-1.8μm波段過飽和金摻雜黑硅材料紅外吸收率高于50%,并且紅外吸收率隨著激光功率的增加而呈下降趨勢以及其具有較好的紅外吸收熱穩(wěn)定性;其紅外吸收率的提高是由引入的結(jié)構(gòu)缺陷態(tài)和金深雜質(zhì)能級子帶隙躍遷共同作用的結(jié)果。另外,當(dāng)金摻黑硅層中摻雜深度100nm-250nm時金雜質(zhì)濃度可達10~(19)cm~(-3)以上,而其具有極低的表面自由載流子濃度10~(10)cm~(-2)-10~(11)cm~(-2),其是由金雜質(zhì)能級間自補償作用的結(jié)果;與此同時,在金摻雜黑硅層表面形成了硅金合金相。我們通過變溫霍爾效應(yīng)測試分析發(fā)現(xiàn)金摻雜黑硅層中金雜質(zhì)電離能為612me V;我們還可發(fā)現(xiàn)金摻雜黑硅層霍爾系數(shù)符號是由激光功率參數(shù)和霍爾測試溫度共同作用的結(jié)果,而在霍爾測試溫度持續(xù)升高過程中,霍爾系數(shù)符號出現(xiàn)了由正到負(fù)的轉(zhuǎn)變說明此時黑硅層中金雜質(zhì)為受主雜質(zhì)能級起主要作用。最后,我們發(fā)現(xiàn)在反向偏壓為-10V時,金摻雜黑硅器件對1310nm波長光的響應(yīng)度最高可達4.6mA/W。
【圖文】：

圖 1.1 生活中硅基光電子器件的應(yīng)用：(a)集成電路；(b)太陽電池；(c)探測器；(d)光波導(dǎo)圖 1.2 過飽和硫摻雜硅材料表面形貌1998 年，美國哈佛大學(xué) Mazur 組在六氟化硫氣體氛圍下用飛秒激光輻襯底，首次制備出過飽和硫摻雜的硅材料，該材料在飛秒激光輻照后表

圖 1.2 過飽和硫摻雜硅材料表面形貌98 年，美國哈佛大學(xué) Mazur 組在六氟化硫氣體氛圍下用飛秒激光底，，首次制備出過飽和硫摻雜的硅材料，該材料在飛秒激光輻照后另外，在該材料的表面觀測到呈周期性分布的尖錐結(jié)構(gòu)，尖錐結(jié)構(gòu)級，高度約為十幾微米左右，如圖 1.2 所示；其中，與表面呈 45表面形貌如圖 1.2 的左圖所示，與表面平行方向觀測到的表面形貌所示[11]；與此同時，Mazur 組研究過程中又發(fā)現(xiàn)該材料具有優(yōu)異的該材料相對于單晶硅襯底來說在 0.25μm-2.5μm 波段的光吸收率有
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN249

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 周培基;李智勇;俞育德;余金中;;硅基光子集成研究進展[J];物理學(xué)報;2014年10期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 呂振華;紅外吸收增強黑硅材料的研究與制備[D];吉林大學(xué);2013年

本文編號：2699392