發(fā)布時(shí)間：2017-12-15 07:22

  本文關(guān)鍵詞：延伸波長(zhǎng)InGaAs探測(cè)器的表面與界面研究

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【摘要】：Ⅲ-Ⅴ族的In Ga As探測(cè)器由于其探測(cè)率高、工作溫度高、抗輻照等特性在短波紅外波段顯示出明顯的優(yōu)勢(shì)。隨著航天遙感及成像領(lǐng)域?qū)n Ga As探測(cè)器應(yīng)用的進(jìn)一步需求,大面陣、高性能、低成本的In Ga As探測(cè)器成為未來(lái)發(fā)展的方向。對(duì)于延伸波長(zhǎng)In Ga As探測(cè)器(截止波長(zhǎng)1.7μm),由于與In P或Ga As襯底存在晶格失配,導(dǎo)致吸收層材料中存在較多的位錯(cuò)和缺陷,使得器件暗電流過(guò)大,降低暗電流對(duì)減小器件噪聲、提高探測(cè)率而言顯得異常迫切。本論文探索性地研究了高質(zhì)量、低損傷、良好覆蓋的感應(yīng)耦合等離子化學(xué)氣相沉積(ICPCVD)鈍化工藝在臺(tái)面結(jié)延伸波長(zhǎng)In Ga As探測(cè)器件上的應(yīng)用,并取得了相應(yīng)成果。開展了低溫ICPCVD鈍化工藝的研究,初步明確了ICPCVD鈍化工藝的主要工藝參數(shù)。研究了BHF溶液處理+N2等離子清洗+ICPCVD沉積介質(zhì)薄膜的表面鈍化處理工藝,分別采用Si H4/N2和Si H4/N2O生長(zhǎng)了Si Nx和Si O2薄膜。采用正交試驗(yàn)的方法研究了ICP功率、RF功率、腔體壓強(qiáng)等生長(zhǎng)參數(shù)對(duì)薄膜性能的影響,對(duì)Si Nx和Si O2薄膜沉積工藝均獲得了致密性好、均勻、表面形貌良好且熱穩(wěn)定性好的薄膜生長(zhǎng)條件。使用X射線光電子能譜(XPS)分析了ICPCVD工藝生長(zhǎng)的Si Nx薄膜,采用高斯方法對(duì)Si 2p峰位進(jìn)行了分峰擬合,根據(jù)擬合曲線計(jì)算的Si0、Si+1、Si+2、Si+3和Si+4峰面積成分分別為5.0%、4.8%、18.2%、36.4%和35.6%,與文獻(xiàn)報(bào)道的優(yōu)化PECVD工藝生長(zhǎng)的Si Nx薄膜相比,表現(xiàn)出了更優(yōu)異的成鍵特性和薄膜質(zhì)量。以延伸波長(zhǎng)In Ga As外延材料為基礎(chǔ),分別使用ICPCVD工藝和PECVD工藝生長(zhǎng)的Si Nx薄膜,制備了MIS結(jié)構(gòu)器件。采用高頻C-V曲線的方法計(jì)算了不同工藝所制備MIS器件的快(慢)界面態(tài)密度、表面固定電荷密度、襯底摻雜濃度、薄膜電阻率。與PECVD工藝器件相比,ICPCVD工藝MIS器件慢界面態(tài)密度從3.61×1012cm-2降低為1.74×1012cm-2,但是PECVD工藝MIS器件與ICPCVD工藝MIS器件快界面態(tài)密度、表面固定電荷密度與薄膜電阻率沒有顯示出明顯的差異。研制了n on p結(jié)構(gòu)的截止波長(zhǎng)到2.4μm延伸波長(zhǎng)的8×1元線列In0.78Ga0.22As探測(cè)器,器件采用了ICP刻蝕臺(tái)面成型的深臺(tái)面結(jié)工藝,采用了ICPCVD沉積的Si Nx薄膜作為鈍化膜,在沉積薄膜之前,材料表面經(jīng)過(guò)3:6:10的氫氟酸緩沖液(BHF)處理和ICP源激發(fā)N2等離子體進(jìn)行預(yù)清洗。結(jié)果顯示器件側(cè)面電流很小,體現(xiàn)出了良好的表面鈍化工藝,器件表現(xiàn)出較好的暗電流特性,在200K和300K溫度下暗電流密度分別為94.2n A/cm2和5.5×10-4A/cm2,器件在室溫下長(zhǎng)波截止波長(zhǎng)約為2.37μm。研制了n on p結(jié)構(gòu)的截止波長(zhǎng)到2.6μm延伸波長(zhǎng)的8×1元線列In0.83Ga0.17As探測(cè)器,兩種吸收層濃度分別為1×1016cm-3和3×1016cm-3的材料結(jié)構(gòu),分別采用了PECVD和highrate模式ICPCVD鈍化工藝,結(jié)果顯示采用ICPCVD鈍化工藝的器件總電流和側(cè)面電流更小,分析表明體電流主要成分為擴(kuò)散電流和產(chǎn)生復(fù)合電流,對(duì)PECVD工藝鈍化器件側(cè)面電流主要表現(xiàn)為歐姆電流和表面產(chǎn)生復(fù)合電流,而ICPCVD工藝鈍化器件側(cè)面電流表現(xiàn)為表面產(chǎn)生復(fù)合電流。研究了不同N2/Si H4流量比及襯底溫度對(duì)ICPCVD生長(zhǎng)的Si Nx薄膜沉積速率、BHF濕法腐蝕速率、粘附力、元素成分、退火狀態(tài)的影響,研究了優(yōu)化工藝在延伸波長(zhǎng)In Ga As探測(cè)器件上的應(yīng)用并有效降低了器件暗電流,分析了不同鈍化工藝薄膜的界面特性�；诓煌に囍苽淞薓IS器件,對(duì)比研究了常規(guī)工藝(實(shí)驗(yàn)3)和提高襯底溫度的實(shí)驗(yàn)7工藝Si Nx薄膜與延伸波長(zhǎng)In Ga As外延材料之間的界面特性,與實(shí)驗(yàn)3工藝MIS器件相比,實(shí)驗(yàn)7工藝MIS器件界面態(tài)密度、固定電荷密度、慢界面缺陷均有所降低,且損耗更小。制備了采用不同鈍化工藝的p on n結(jié)構(gòu)延伸波長(zhǎng)In Ga As探測(cè)器,與工藝3相比,增加N2/Si H4流量比的工藝4暗電流得到有效降低,而N2/Si H4流量比減小的工藝1暗電流密度有所增加,提高襯底沉積溫度的工藝7暗電流也得到了一定程度降低。對(duì)于實(shí)驗(yàn)4工藝器件,通過(guò)增加N2/Si H4流量比可以得到N/Si元素比接近于4/3的質(zhì)量更好的Si Nx薄膜,使器件鈍化效果得到進(jìn)一步提高,而對(duì)于實(shí)驗(yàn)7工藝器件,通過(guò)提高襯底沉積溫度使鈍化膜與延伸波長(zhǎng)In Ga As材料之間的界面特性得到改善,器件鈍化效果也得到提高。綜上所述,本文研究了ICPCVD介質(zhì)薄膜生長(zhǎng)工藝參數(shù);研究了ICPCVD與PECVD工藝所生長(zhǎng)Si Nx鈍化膜與延伸波長(zhǎng)In Ga As外延材料特性;將ICPCVD鈍化膜應(yīng)用于延伸波長(zhǎng)In Ga As探測(cè)器件;優(yōu)化薄膜沉積工藝并有效降低器件暗電流。這些工作對(duì)于ICPCVD薄膜沉積工藝有一定參考和指導(dǎo)價(jià)值,對(duì)于半導(dǎo)體器件表面特性與鈍化工藝的改善有一定研究意義。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN303

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 田招兵;顧溢;張曉鈞;張永剛;;波長(zhǎng)擴(kuò)展InGaAs探測(cè)器的量子效率優(yōu)化[J];半導(dǎo)體光電;2008年06期

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3 朱耀明;李永富;李雪;唐恒敬;邵秀梅;陳郁;鄧洪海;魏鵬;張永剛;龔海梅;;基于N-on-P結(jié)構(gòu)的背照射延伸波長(zhǎng)640×1線列InGaAs探測(cè)器[J];紅外與毫米波學(xué)報(bào);2012年01期

4 龔海梅;唐恒敬;李雪;張可鋒;李永富;李淘;寧錦華;汪洋;繆國(guó)慶;宋航;張永剛;方家熊;;空間遙感用近紅外InGaAs焦平面組件(英文)[J];紅外與激光工程;2009年04期

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本文編號(hào)：1291084