黑硅光电探测器关键技术研究

发布时间：2024-03-10 10:53

　　随着黑硅制造技术的日益完善,黑硅因其优异的陷光作用、宽谱吸收特性、廉价的制造成本以及良好的工艺兼容性,逐渐在光电探测领域展现出越来越大的潜能。黑硅光电探测的关键技术是将黑硅独特的性能与探测器件设计相结合,将材料性能研究、器件结构设计、制备工艺流程形成一体。本文以基本的光电子学理论为基础,从黑硅特性的理论研究和黑硅光电探测器的实际制作两个方面,探究了黑硅光电探测器中材料性能、器件结构以及制备工艺中所蕴含的关键技术。本文从黑硅的制作工艺出发,提出了一种基于随机数生成器的建立黑硅物理模型的创新方法;基于所建立的黑硅晶体结构和表面微结构模型,分析了黑硅的能带结构以及表面微结构对其性能的具体影响;提出了一种分析黑硅微结构内部光传输过程的创新研究方法,并对该过程进行了计算分析;通过金辅助刻蚀、磁控溅射的方法,在硅基背面引入了硅化铂/黑硅肖特基结;基于标准的器件加工流程,制作了硅化铂/黑硅肖特基型光电探测器,并对探测器的关键性能参数进行了测试分析。最终所获得的结论如下:1.黑硅表面独特的微结构及其充满杂质能级的能带结构共同决定了黑硅的宽谱高吸收特性,其中微结构产生陷光效应降低反射率,能带结构降低电子...

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1SF6气体环境下，经飞秒激光刻蚀形成的黑硅表面尖锥结构

哈佛大学Mazur教授与Carey联合创办了负责黑硅器件研制的SiO司。该公司于2013年发布的XQE-1310黑硅探测传感器获得了美国军方夜视部门的测试验收。该传感器能在极弱光照环境下工作，比现有解决方案高出[7]。SiOnyx公司和美国军方的密切合作，充分说明了基于....

图1-2黑硅表面圆锥结构单排的透射电镜明场像

图1-2黑硅表面圆锥结构单排的透射电镜明场像[9]硅表面尖锥结构的存在，入射光线会在尖锥结构之间经历过程同时伴随着在界面处的透射，每次的透射又增加了黑和几率，就这样光线如同被陷进了黑硅表面微结构之中。此而得名。其表面多次反射过程如图1-3所示，陷光效应谱范围内有着极低的反....

图1-4以不同气体为背景制备的黑硅吸收率

电子科技大学硕士学位论文显示了以不同气体为背景刻蚀得到的黑硅吸收率曲线。黑硅率均达到了80%以上。在SF6气体环境下制备的黑硅吸收内的吸收率达到了95%以上，同时在近红外波段的吸收率也N2和空气环境下获得的黑硅虽然在1.1μm之前有着较高的波长的增加，在1.1μm之....

图1-5以不同气体为背景制备的黑硅扫描电镜图

秒激光刻蚀法制备黑硅正是利用了飞秒激光拥有极强的脉冲能量，括了光传输、光爆破和离子反应三个过程。光传输是飞秒激光通过统聚焦到被刻蚀的硅片表面，同时进行扫描的过程，对激光的定向极高的要求。光爆破是指高能的飞秒激光在被聚焦到硅片表面后，发，形成气化的Si原子。与此同时，充满反应腔....

本文编号：3924688