低噪声非晶硅锗合金薄膜电学性能研究-光学工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 RESEARCH ON ELECTRICAL PROPERTIES OF LOW-NOISE AMORPHOUS SILICON GERMANIUM ALLOY THIN FILM A Master Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China Major: Optical Engineering Author: Yan Sun Advisor: Prof. Wei Li School: School of Optoelectonic Information 万方数据 万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 年 月 日 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后应遵守此规定） 作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 摘 要 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。氢化硅锗合金薄膜因具有更高的光吸收效率（锗的吸收系数比硅高出 1～2个数量级）、更低的电阻率和更佳的电学性能，而在红外成像传感器领域有着 良好的应用前景而备受关注。此外，采用等离子体增强化学气相沉积技术（PECVD） 制备氢化硅锗合金薄膜，工艺成熟稳定，与硅半导体工艺的兼容性良好，便于工 业应用。 薄膜噪声测试目前仍存在有很多不确定性因素，本文简要阐述了薄膜噪声产 生的机理和物理模型，以便确定薄膜噪声的测试方案。为了能够系统地评价薄膜 的噪声水平，自行搭建了一个薄膜噪声测试平台，以确保噪声测试结果的可靠性， 并建立了统一的评价手段。 利用射频等离子体增强化学气相沉积（RF-PECVD）系统裂解硅烷和锗烷，并 辅助以氩气稀释，制备氢化硅锗（Si1-xGex:H）合金薄膜。借助原子力显微（AFM）、 X 射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）和傅里叶变换红外光谱（FTIR），分析 和研究不同氩稀释比例下薄膜样品的结构演变和晶化状况。研究发现，在 Si1-xGex:H 合金薄膜的晶化生长过程中，氩的引入及其对硅烷和锗烷的稀释发挥了重要的作 用。当氩稀释比例（氩气与硅烷/锗烷混合气比例）相对较低约为 4 时，在非晶网 络中开始出现纳米晶粒。随着氩稀释比例的增加，薄膜表面粗糙度、薄膜内纳米 晶粒尺寸、晶化体积比和氢含量均有不同程度的增加。同时发现，随着氩稀释比 例的提高，薄膜的电导率和电阻温度系数 TCR 均有微弱的提高。值得关注的是， 由于氩稀释在非晶网络中引入了纳米晶化，薄膜的有序度得到提高，极大地改善 了薄膜低噪声水平。 为了进一步提高薄膜的电学性能水平，本文还研究了硼掺杂对氢化微晶硅锗 薄膜的影响。测试结果表明，当硼掺杂比例为 1%时，薄膜在室温下有较高的电导 率（≥10-2S/m）和较高的 TCR（≥3%/K），薄膜噪声处于较低的水平。 关键词：氢化硅锗合金薄膜，PECVD，低噪声，电学性能 I AB ABSTRACT ABSTRACT Uncooled infrared focus plane array (UIFPA) detectors are widely used in military and civilian fields. And the demand of developing high-performance, small size and long life detectors with independent intellectual property rights will become an urgent issue in the Chinese high-tech fields. Low noise sensitive films with excellent electrical pr