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氢化非晶硅基(a-Si1-x-yCxGey:H)薄膜材料是一种非常具有潜力的光电材料,由于其具有低能耗,对衬底的要求不高,并且易于大面积沉积等优势而备受人们关注。而碳化硅(SiC)作为新型的半导体材料,由于其具有高的临界击穿电场、宽带隙、高的载流子饱和漂移速度以及高的热导率等特点,在高频、高温、大功率及抗辐射等方面的应用潜力是巨大的。因此如果在SiC上能生长出高品质的a-Si1-x-yCxGey:H薄膜,使其受控于可见和红外光源,将会解决SiC仅受控于紫外光源的问题。
本文首先从氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜的制备入手,用自制等离子体增强化学气相沉积(PECVD)设备制备a-Si:H薄膜。研究了a-Si:H薄膜的均匀性问题;以及不同辉光功率、衬底温度和反应气压对制备a-Si:H薄膜的生长速率和光学带隙的影响。结果表明,影响薄膜均匀性的因素主要是电极间距和辉光功率的大小;随着辉光功率、衬底温度、反应气压的增加,生长速率都有所增加,但过快的生长速率会导致薄膜内部缺陷增多,性能下降,甚至薄膜脱落;在可见光波段,薄膜的光吸收系数在105cm-1数量级内;所制a-Si:H薄膜样品的光学带隙在1.7eV至2.1eV的范围内变化;并利用正交实验的手段,得到了本PECVD设备的最佳实验参数。
其次,采用已得的最佳参数制备出了一系列a-Si1-x-yCxGey:H薄膜。并讨论了各个组分变化对薄膜性能的影响。得出了a-SiGe:H薄膜的生长速率最高为6.52nm/min,而a-SiC:H薄膜为9.46nm/min。对于a-Si1-x-yCxGey:H薄膜而言,随着组分的变化,其光学带隙能够在1.5eV至2.0eV之间甚至更宽的范围内变化。
最后,用PECVD法制备出掺杂的a-Si:H薄膜,并对其电学性能进行了分析,且对制备p-i-n型a-Si:H/4H-SiC光电二极管的工艺参数及器件的光电特性做了初步的研究。结果表明,掺杂的a-Si:H薄膜暗电导率在10-5S/cm数量级,远高于未掺杂的a-Si:H薄膜(10-8S/cm至10-11S/cm)。p-a-Si:H/i-a-Si:H/n-4H-SiC器件有较好的整流特性和一定的光电效应。而在a-Si:H上用磁控溅射的方法制作铝电极可能对薄膜有一定的损伤,会造成金属与半导体的点接触,降低器件的整流特性。
通过以上结论得出:a-Si1-x-yCxGey:H薄膜具有光学带隙可调的性质,并对可见及近红外光源有较强的吸收;p-i-n型a-Si:H/4H-SiC光电二极管具有较好的整流特性和光电特性,这样为将来进一步研究高性能的a-Si1-x-yCxGey:H/SiC光电器件打下了一定的基础。