硅基光電子技術有著高速、低成本、低損耗和高集成度的優(yōu)勢,在國家戰(zhàn)略和市場需求的帶動下,面臨著大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化和市場化的歷史機遇,是當今時代最具發(fā)展前景的技術領域之一。但是,對于集成在波長超過1100nm的光子學電路中的光電探測器,硅材料受到其禁帶寬度的限制,被認為不是合適的材料,這大大地制約了硅基光電集成的發(fā)展。飛秒激光非平衡摻雜硅材料可以顯著改善硅晶體在次帶隙波段的光吸收以及光電響應性能,在材料科學領域受到了越來越廣泛的關注。但目前基于硅材料制備的光電探測器在近紅外波段的響應效率還偏低,遠遠達不到商用器件的要求,需要進一步地研究和探討。本文圍繞提高非平衡摻雜的硅基光電探測器響應效率這一目標,系統(tǒng)地研究了銀原子非平衡摻雜硅材料的制備、基本性質(zhì)以及在光電探測器上的應用,得到了以下主要創(chuàng)新結(jié)果:（1）成功制備了銀離子非平衡摻雜硅樣品,并研究了其光吸收特性以及引入的雜質(zhì)缺陷態(tài)的性質(zhì)。通過離子注入以及飛秒激光輻照的工藝,制備了峰值濃度超過1020cm-3的銀非平衡摻雜硅樣品;在波長300-1800nm范圍內(nèi)對光的吸收率均顯著提高,這一方面是由于表面織構(gòu)化起到了減反的效果,另一方面是由于非平衡摻雜形... 

【文章頁數(shù)】：158 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 研究目的與內(nèi)容
    1.3 本論文結(jié)構(gòu)安排
第二章 文獻綜述
    2.1 引言
        2.1.1 硅基光電應用
        2.1.2 超短脈沖激光器的發(fā)展歷史
    2.2 飛秒激光與硅的相互作用
        2.2.1 飛秒激光與硅相互作用的物理機制
        2.2.2 飛秒激光加工與納秒激光加工的對比
        2.2.3 飛秒激光非平衡摻雜
        2.2.4 飛秒激光刻蝕
    2.3 非平衡摻雜硅材料的研究進展
        2.3.1 中間帶的表征
        2.3.2 載流子壽命、遷移率以及光吸收系數(shù)的測試
        2.3.3 次帶隙吸收的退火失活效應
        2.3.4 次帶隙光電響應
        2.3.5 飛秒激光摻雜的工藝控制
        2.3.6 如何尋找合適的非平衡摻雜劑
    2.4 存在的主要問題
第三章 實驗樣品和研究方法
    3.1 銀非平衡摻雜硅的制備過程
        3.1.1 硅片的清洗
        3.1.2 前驅(qū)層的制備
        3.1.3 飛秒激光摻雜
    3.2 Si:Ag光電探測器的制備過程
    3.3 表征測試方法
        3.3.1 深能級瞬態(tài)譜
        3.3.2 二次離子質(zhì)譜
        3.3.3 霍爾效應測試儀
        3.3.4 少子壽命測試儀
        3.3.5 拉曼光譜
        3.3.6 光電探測器的性能指標及測試
第四章 銀非平衡摻雜硅的光吸收性質(zhì)及缺陷態(tài)研究
    4.1 引言
    4.2 實驗
    4.3 實驗結(jié)果與討論
        4.3.1 Si:Ag樣品的結(jié)構(gòu)及表面形貌
        4.3.2 Si:Ag樣品的光學性質(zhì)
        4.3.3 次帶隙吸收隨退火條件的變化
        4.3.4 Si:Ag樣品中的缺陷能級
    4.4 本章小結(jié)
第五章 缺陷態(tài)輔助響應增益的Si:Ag光電探測器
    5.1 引言
    5.2 實驗
    5.3 實驗結(jié)果與討論
        5.3.1 Si:Ag樣品的結(jié)構(gòu)及光吸收性質(zhì)
        5.3.2 Si:Ag光電探測器中的光電導增益
        5.3.3 Si:Ag中的雜質(zhì)缺陷
        5.3.4 Si:Ag光電探測器的工作原理
        5.3.5 Si:Ag光電探測器的性能
        5.3.6 氧化鋁鈍化對Si:Ag光電探測器性能的影響
    5.4 本章小結(jié)
第六章 具有短波截止特性的近紅外Si:Ag光電探測器
    6.1 引言
    6.2 實驗
    6.3 實驗結(jié)果與討論
        6.3.1 Si:Ag樣品的次帶隙吸收特性
        6.3.2 Si:Ag探測器的光電響應特性
        6.3.3 Si:Ag樣品的表面缺陷及體缺陷
        6.3.4 Si:Ag光電探測器短波截止的機理
        6.3.5 Si:Ag光電探測器近紅外光電響應的機理
        6.3.6 Si:Ag光電探測器的性能
    6.4 本章小結(jié)
第七章 Si:Ag/Gr光電導型探測器的性能研究
    7.1 引言
    7.2 實驗
    7.3 實驗結(jié)果與討論
        7.3.1 Si:Ag/Gr光電導探測器的光電響應性能
        7.3.2 Pt NPs對器件光電響應的影響
    7.4 本章小結(jié)
第八章 總結(jié)
    8.1 結(jié)論
    8.2 展望
參考文獻
致謝
個人簡介
攻讀學位期間發(fā)表的學術論文及其它研究成果


【參考文獻】：
博士論文
[1]飛秒激光誘導硅表面微納結(jié)構(gòu)研究[D]. 楊明.南開大學 2014

碩士論文
[1]石墨烯光電器件性能優(yōu)化研究[D]. 胡明.浙江大學 2018



本文編號：3677299