開發(fā)低暗電流、高響應(yīng)度的低成本近紅外光電探測器以應(yīng)用于通信,安全及自動駕駛等領(lǐng)域近年來備受關(guān)注,如在激光通訊、跟蹤,制導(dǎo)等領(lǐng)域較為常見的Nd:YAG激光器,其工作波長為1064 nm,需要低成本的高性能探測器件與之匹配。硅,作為宇宙中含量第八的元素,其以豐富的儲量、低廉的成本及成熟的工藝已成為了半導(dǎo)體行業(yè)的基石。然而,硅的禁帶寬度為1.12 eV,其吸收系數(shù)隨著入射光波長增加至1000 nm后開始急劇下降,這使得硅基光電探測器件難以應(yīng)用于近紅外波段。作為一種能夠有效的將硅材料長波吸收限向紅外區(qū)拓展的手段,在特定氣氛環(huán)境下,飛秒激光輻照可以于材料表面構(gòu)建頂部覆蓋有超飽和摻雜層的微結(jié)構(gòu),以特定元素作為摻雜物的該種微結(jié)構(gòu)硅材料在可見至近紅外區(qū)的寬波段吸收率極高,因此該種材料又被稱之為黑硅。在眾多摻雜元素之中,硫元素（S）摻雜在多方面均存在顯著優(yōu)勢,如摻雜流程簡單,摻雜成本低,制備出的微結(jié)構(gòu)均勻性較好等。然而,對于S摻雜黑硅而言,盡管覆蓋在黑硅微結(jié)構(gòu)頂部的超飽和摻雜層對材料紅外吸收波長拓展所起的作用得到了廣泛的認可,但其與微結(jié)構(gòu)相互作用貢獻黑硅近紅外超高吸收的物理機制仍缺少完善的解釋。并且,基... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所)吉林省

【文章頁數(shù)】：133 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 超飽和摻雜微結(jié)構(gòu)硅基材料的研究現(xiàn)狀
    1.3 超飽和摻雜微結(jié)構(gòu)硅的理論研究進展
    1.4 新型近紅外硅基光電探測器的研制進展
    1.5 論文選題及主要研究內(nèi)容
第2章 超飽和摻雜硅基材料及器件的理論基礎(chǔ)
    2.1 引言
    2.2 飛秒激光與硅的相互作用過程
        2.2.1 載流子激發(fā)
        2.2.2 晶格熱化及熱/非熱效應(yīng)熔融
        2.2.3 材料受激表層再凝固
        2.2.4 硫在硅中的超飽和摻雜
    2.3 硅材料的半導(dǎo)體物理學(xué)
        2.3.1 本征吸收與雜質(zhì)吸收
        2.3.2 復(fù)合中心及陷阱中心
    2.4 硅基光電器件的工作機理及主要性能指標(biāo)
        2.4.1 PN型及PIN型光電二極管
        2.4.2 探測器主要性能指標(biāo)
    2.5 本章小結(jié)
第3章 超飽和摻雜微結(jié)構(gòu)硅的光學(xué)特性
    3.1 引言
    3.2 飛秒激光超飽和摻雜微結(jié)構(gòu)硅的制備及改性
        3.2.1 飛秒激光加工
        3.2.2 反應(yīng)離子刻蝕
        3.2.3 高溫?zé)嵬嘶?br>    3.3 微結(jié)構(gòu)頂部超飽和摻雜層對材料光學(xué)特性的影響
        3.3.1 超飽和摻雜微結(jié)構(gòu)硅的表面形貌
        3.3.2 超飽和摻雜微結(jié)構(gòu)硅的摻雜物濃度-深度分布
        3.3.3 超飽和摻雜微結(jié)構(gòu)硅的光譜特性
    3.4 超飽和摻雜微結(jié)構(gòu)硅表層晶體質(zhì)量對其光學(xué)特性的影響
    3.5 本章小結(jié)
第4章 超飽和摻雜硅基微結(jié)構(gòu)的近紅外超吸收特性
    4.1 引言
    4.2 超飽和摻雜硅基微結(jié)構(gòu)
        4.2.1 離子注入
        4.2.2 折射率及消光系數(shù)提取
    4.3 超飽和摻雜硅基微結(jié)構(gòu)
        4.3.1 計算模型構(gòu)建
        4.3.2 計算結(jié)果分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 超飽和摻雜微結(jié)構(gòu)硅基材料的電學(xué)特性
    5.1 引言
    5.2 飛秒激光超飽和摻雜微結(jié)構(gòu)硅基光電探測器的制備及性能分析
        5.2.1 超飽和摻雜微結(jié)構(gòu)硅基光電探測器的制備
        5.2.2 超飽和摻雜微結(jié)構(gòu)硅基光電探測器的表面形貌
        5.2.3 超飽和摻雜微結(jié)構(gòu)硅基光電探測器的光學(xué)特性
        5.2.4 超飽和摻雜微結(jié)構(gòu)硅基光電探測器的電流-電壓特性
    5.3 超飽和摻雜硅基微結(jié)構(gòu)對器件光電性能的影響
        5.3.1 超飽和摻雜微結(jié)構(gòu)硅基光電探測器的改性與表征
        5.3.2 摻雜物濃度-深度分布對探測器電學(xué)特性的影響
        5.3.3 相變無序?qū)訉ζ骷妼W(xué)特性的影響
    5.4 雙面黑硅化PIN型光電二極管的制備及性能分析
        5.4.1 雙面黑硅化光電二極管的制備
        5.4.2 雙面黑硅化光電二極管的暗場I-V特性
        5.4.3 雙面黑硅化光電二極管的近紅外光譜響應(yīng)
    5.5 本章小結(jié)
第6章 超飽和摻雜微結(jié)構(gòu)基CMOS圖像傳感芯片的制備及性能
    6.1 引言
    6.2 超飽和摻雜微結(jié)構(gòu)基CMOS圖像傳感芯片的制備工藝研究
        6.2.1 超飽和摻雜微結(jié)構(gòu)硅基CMOS成像芯片的制備方法
        6.2.2 激光能流密度對器件暗電流的影響
        6.2.3 超飽和摻雜硅基微結(jié)構(gòu)的均勻性對器件PRNU噪聲的影響
    6.3 超飽和摻雜微結(jié)構(gòu)基CMOS成像芯片的暗電流噪聲及量子效率
    6.4 超飽和摻雜微結(jié)構(gòu)基CMOS圖像傳感芯片的近紅外成像性能
    6.5 本章小結(jié)
第7章 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
        7.1.1 全文總結(jié)
        7.1.2 論文創(chuàng)新之處
    7.2 展望
參考文獻
致謝
作者簡歷及攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]飛秒激光與準分子激光制作碲摻雜硅探測器[J]. 王熙元,黃永光,劉德偉,朱小寧,王寶軍,朱洪亮.  中國激光. 2013(03)
[2]硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析[J]. 管俊芳,陳陽,雷紹民.  輕金屬. 2012(11)

博士論文
[1]微結(jié)構(gòu)硅基近紅外材料及其光電特性研究[D]. 王延超.中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所 2017



本文編號：3057631