金属催化氢等离子体刻蚀制备3D金刚石日盲探测器的方法研究

发布时间：2021-11-17 09:07

　　目前世界上使用的紫外探测器大多为传统的硅基材料紫外探测器,虽然硅基探测器发展较为成熟,但是其有紫外/可见光选择度较低、辐射硬度低、工作寿命短等缺点,导致其无法在深空探测、导弹羽烟探测等工作环境较恶劣的环境中工作,金刚石相比硅除了可以在恶劣环境中正常工作之外,同时金刚石具有非常宽的禁带宽度（5.5eV）可以良好的消除可见光的干扰,提升日盲探测器的性能。然而,传统使用的金刚石平面电极结构探测器的性能由于受到电极结构的限制,造成了金刚石优点难以发挥。针对这一问题,我们进行了金属催化氢等离子体刻蚀制备3D金刚石日盲探测器的方法研究。本文研究了金属在MPCVD装置产生的氢等离子体气氛中对金刚石的催化刻蚀现象,进行了大量的实验,对刻蚀后金刚石的表面粗糙度进行了改善,得到了可行的高效的金刚石刻蚀方法,相比其他刻蚀金刚石的方法具有工艺简单、成本低、安全性高等优点。在实验过程中使用SEM、LSCM、XPS等表征工具对刻蚀后金刚石表面的物质成分、刻蚀后表面形成的颗粒的成分进行了表征,进行了刻蚀过程的物理图像模拟,对金属催化氢等离子体刻蚀金刚石的机理进行了探讨。运用晶体学知识解释了刻蚀后金刚石形成的不同表面... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

紫外光波段分类

其视为一个肖特基二极管。空间电荷区域出现在肖要加外接电压。肖特基势垒探测器通常工作在零偏流也就非常非常小。此外，还具有响应度高和响应极必须是透明的以允许光通过否则无法产生光响应体材料表面条件的影响较大，会影响到探测器对紫-半导体-金属（MSM）探测器势垒探测器相比，金属-半导体-金属（MSM）探测成的肖特基接触，这就相当于是一个背对背的肖特，两个肖特基结会形成恰好相反的偏置，因此无论暗电流都可以非常小。MSM型探测器可以做成叉指这种结构将会大大增加工作区域的面积。同时，M，一般来讲是肖特基势垒探测器或 p-i-n 光电二极管测器具有非常快的响应速度。MSM 探测器的制备过一种常见的探测器结构。

图 1-4 平面叉指电极结构的金刚石日盲探测器机理图[7]为了优化金刚石 MSM 探测器的探测效果，提出了较为新颖的 3D 叉指电测器，如图 1-5 所示，3D 电极结构探测器最初是在平面叉指电极结构探础上提出的，先在金刚石的表面制造出叉指电极形状的凹槽，然后将电这些叉指形状的凹槽中，使得金刚石内部的大部分区域都可以被合理地使电极产生的电场强度在金刚石内部会均匀分布且大于平面电极结构产生度，从而减少了金刚石表面缺陷对探测器的影响[8]。3D 叉指电极结构还电极结构所不具备的优点，因为金刚石接收的紫外光强度随着波长的减，也导致其在金刚石的穿透深度会随接收的紫外光波长而减小。紫外光的吸收边（λ = 225 nm）的穿透深度为 11μm，在 λ=210nm 的穿透深度为 3μ的平面叉指电极探测器对紫外光响应产生载流子的收集深度通常是小于 9]，因此大量金刚石内部的紫外光响应产生载流子被浪费掉而无法有效的收用 3D 结构的叉指电极则可以很好的收集到在金刚石内部产生的载流子，探测器的响应度。图 1-6 展示了 3D 叉指电极结构中一对 3D 叉指电极内电场图，可以看出深入金刚石内部的电场能够更为有效地收集在金刚石光响应产生的载流子，同时达到了降低金刚石表面缺陷的不良影响的效果

【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米氧化铜尺寸效应对其湿度传感特性的影响[J]. 姜慧娜,宋小军,刘伟景,李高芳,黄宁,赵婉婉,石张军.  微纳电子技术. 2018(09)
[2]金刚石表面刻蚀技术研究进展[J]. 窦志强,肖长江,栗正新.  表面技术. 2018(04)
[3]氢等离子体在铁催石墨化作用下对CVD金刚石膜的刻蚀[J]. 满卫东,汪建华,王传新,马志斌,王升高,张宝华.  金刚石与磨料磨具工程. 2006(05)
[4]采用微波等离子体平整金刚石薄膜的实验研究[J]. 苟立,袁再芳,冉均国,张欣苑.  微细加工技术. 2003(01)



本文编号：3500598