宽光谱响应微纳结构硅材料制备及光电探测应用研究

发布时间：2017-12-29 06:19

  本文关键词：宽光谱响应微纳结构硅材料制备及光电探测应用研究　出处：《电子科技大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：重掺杂硅由于其独特的表面形貌和良好的宽光谱吸收特性,受到了国内外学者们的广泛关注和深入研究。目前这一新型材料可用于硅基光电探测器、太阳能电池等领域,并将产生革命性的影响。激光用于材料的改性与加工已经很多年了,由于激光的特殊性,改性过后的材料往往能显现出与众不同的性能。我们采用飞秒激光在SF6气氛下扫描单晶硅,得到表面具有尖锥状结构的重掺杂硅。研究表明,样品表面尖锥高度约为数个微米甚至更高,对可见-近红外波段的光的吸收均高达90%以上,充分显示了高吸收、宽光谱响应的特性。对可见光的高吸收是因为独特的尖锥结构所形成的陷光效应,增加了材料表面对光的吸收次数。而高能激光在烧蚀熔化硅表面的同时掺入了S元素杂质,掺杂浓度远远大于S元素在硅中的固溶度,所以杂质元素在硅的禁带宽度中引入了杂质能带,使得材料能吸收能量小于禁带宽度的光子,从而实现了对近红外波段的光的高吸收。虽然在SF6气氛下制备的重掺杂硅有更高的吸收,但是尖锥高度较高就不利于后续器件的制备,从而让材料的特殊性能得不到充分应用。离子注入的应用解决了这个问题。先通过离子注入在硅表面掺杂高浓度的杂质,后使用低能量和低脉冲数目扫描硅片,得到表面粗糙度在纳米级别的重掺杂硅。材料对可见光的吸收依然能达到90%以上,对近红外波段的光的吸收有所下降,为60%以上,但仍要比单晶硅的吸收高出很多。通过霍尔效应表征了材料的载流子浓度、电阻率和电子迁移率,材料表现出了与单晶硅不同的电学性能,载流子浓度能达到1020cm-3,电阻率也非常低,电子的迁移率降低到82cm2v-1s-1,这是由于超高的掺杂浓度所导致的。将重掺杂硅材料制成PN/PIN结光电探测器,测试分析了器件的光暗电流和响应度曲线。PN结器件的响应度最大为0.9A/W,在军事上常用的1060nm波段,响应度依然可以达到0.17A/W,PIN结器件的响应度最高更是达到5.94A/W,充分表现出重掺杂硅材料在光电探测器领域的巨大潜力。不过两种器件的暗电流都非常大,主要是表面经过激光扫描以及深能级杂质的重掺杂,形成大量复合中心,造成光生载流子难以渡越。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN15;TN304.12

【参考文献】

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本文编号：1349153