硅基非晶薄膜微结构与低频噪声研究

发布时间：2017-12-05 17:10

  本文关键词：硅基非晶薄膜微结构与低频噪声研究

  更多相关文章： 非晶硅薄膜 钌掺杂 微观结构 低频噪声 退火

【摘要】：非制冷红外焦平面探测器在军用和民用领域得到了广泛应用,而具有自主知识产权的小尺寸、长寿命和高性能的非制冷红外焦平面探测器,是我国高科技领域的迫切需求。其中,深入探索和研究具有优异电学性能的低噪声红外敏感薄膜,意义重大。非晶硅(a-Si)薄膜具有电阻温度系数大、生产工艺简单、与硅工艺兼容等优点,在红外探测器等相关领域具有良好的应用前景。但是,非晶硅薄膜本身存在缺陷较多,导致其低频噪声(1/f噪声)水平相对较高,会直接影响到非制冷红外探测器的性能发挥。因而,本文采用贵金属元素钌(Ru)掺杂非晶硅薄膜,结合适当的热退火,对比研究了薄膜的微结构以及低频噪声的演变,试图找到一种能使非晶硅薄膜结构更稳定、噪声水平更低、适宜微测辐射热计应用的薄膜材料制备工艺。目前,薄膜的低频噪声测试仍存在很多不确定性因素,本文简要阐述了薄膜噪声理论和低频噪声产生机理,以便确定薄膜低频噪声的测试方案。为了能够系统地评价薄膜的低频噪声水平,自主搭建了一个薄膜低频噪声测试平台,以确保低频噪声测试结果的可靠性,并建立了统一的评价手段。利用射频磁控溅射工艺制备非晶硅钌(a-Si1-xRux)合金薄膜,研究了不同钌掺杂比例对薄膜微结构及电学性能的影响。研究发现,随着Ru原子的掺入,a-Si1-xRux非晶网络结构的有序程度逐渐恶化,但制备态薄膜微结构中出现了Ru2Si纳米晶体,与此同时,薄膜的室温电阻率逐渐降低,1/f噪声水平明显得到改善,当Ru掺杂比例为8%时,薄膜的电阻率相比本征非晶硅下降了近8个数量级。尽管随着Ru掺杂比例的增加,薄膜电阻温度系数(TCR)的绝对值逐渐减少,但4%Ru的掺杂薄膜仍然有TCR=2.4%/K,能够满足微测辐射热计应用的要求。本文还研究了热处理退火对a-Si1-xRux薄膜微结构和低频噪声的影响。结果表明,退火可使非晶薄膜的有序度得到改善、薄膜缺陷减少。掺杂6%Ru的非晶薄膜经过700℃×1h的退火后,微结构中发生了明显的晶化,出现了新的Si纳米晶以及由Ru2Si相变发展成的Ru2Si3纳米晶。值得关注的是,退火处理在提高薄膜结构稳定性的同时,还降低了薄膜的低频噪声水平,噪声系数相比退火前下降了约2个数量级,最低可达到2.80×10-9。研究表明,通过金属Ru掺杂辅以热退火处理,对降低硅基非晶薄膜的低频噪声水平,技术上是完全可行的。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.2

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