PDF《Si薄膜的光敏电阻特性研究 ∗》

3 9 0n m~7

8 0n m) 光敏电阻, 其响 应速度可 达到毫秒范围[ 3] .

2 0

1 2 年, R a j e h M u n d l e 团队通过对紫外光波段(

2 0 0n m~4

0 0n m) Z n O 薄 膜掺 A l的方式, 精确控制 Z n与Al的比率, 进一步 提高了光敏电阻的响应率比和吸收波长范围[

4 ] . 在 近红外波段(

7 8 0n m~3μ m) ,

2 0

1 3年, 邱继军等人 采用 P b S e材料制备探测器, 在室温下探测率最高 可达到2. 8*1

0 1

0 c m?H z

1 /

2 ?W-1[

5 ] .

2 0

1 4年, 何军 团队采用化学气相沉积方法制备了垂直阵列 S n S e 薄膜的光 敏电阻, 得到了较高的探测率和响应速度[ 6] . 然而, 由Cd、Pb等元素组成光敏电 阻材料有 毒, 对环境污染大、 载流子噪声高等缺点, 有必要进 一步寻找更优秀的替代材料. 而由 M g 、 S i元素组成 的二元合金半导体硅化物 M g

2 S i材料, 具有无毒、 高吸收系数[

7 ] 、 低成本, 较强机械性能和高热电性能 等特点[

8 G

1 0 ] ;

其禁带宽度为0. 6~0.

7 7e V [

1 1 G

1 2 ] , 可吸 收波长为8

0 0n m~1. 8μ m 的近红外光, 且其制备 方法与现代S i微电子工艺兼容[

1 3] . 目前, 国内外对 M g

2 S i材料的光电器件研究较少[ 7] , 且基于 M g

2 S i 薄膜材料光敏电阻的研究鲜有报道, 故探索 M g

2 S i 薄膜制备光敏电阻与其性质的研究具有重要意义. 陈茜 等人[

1 4 ] 通过第一性原理理论计算了Mg2Si材料的光电导率、 介电函数;

肖清泉[

1 5 G

1 9] 、 廖 杨芳[

2 0] 、 吴宏仙[

2 1] 等人采用磁控溅射仪成功制备 了Mg2Si半导体薄膜. 在此基础上, 本文采用磁控溅 射和退火工艺, 在N型硅片( ρ>

1

0 0 0Ω?c m) 上制 备单一相 M g

2 S i薄膜, 并采用 X R D、 S EM 研究薄膜 晶体结构和表面形貌, 后经丝网印刷技术、 高温烧结 制备光敏电阻. 采用半导体器件分析仪、 光谱响应测 试系统、 光照响应测试系统分析不同 M g膜厚度对 M g

2 S i薄膜制备光敏电阻的光谱响应特性、 I G V 特 性以及光照特性的影响.

2 实验实验选用金属 M g ( 纯度≥9

9 .

5 %) 作为靶材( 厚度5mm, 直径6 0mm) , N G S i (

1 1

1 ) ( ρ>

1

0 0 0Ω?c m) 作为衬底. 衬底先后经丙酮、 无水乙醇、 去离子水超 声振荡清洗1

5 m i n后, 再将衬底置于 H F( 体积比 H F: H2O=1:

5 0) 溶液中浸泡, 经去离子 水清洗烘 干后放入磁控溅射系统进样室, 反溅1 0m i n以进一 步去除表面杂质, 增加衬底微观粗糙度, 增强薄膜附 着力. 反溅条件: 背底真空优于 2*1 0-4 P a , 氩气流 量2 0s c c m, 射频功率1

0 0W, 工作压强7P a . 反溅射 完成后, 将样品送入镀膜室溅射 M g膜, 厚度分别为

3 6 0n m、

4 0 0n m、

4 4 0n m、

4 8 0n m、

5 2 0n m、

5 6 0n m. 溅射 条件: 背底真空优于5*1 0-5 P a , 氩气流量30s c c m, 射频功率1

0 0 W, 工作压强3P a . 溅射完成 后, 样品在4

0 0 ℃、 低真空(

1 0-1 ~1 0-2 P a ) 条件下 退火4h, 然后在制备的 M g

2 S i的薄膜中心区域丝 网印刷叉指状 A g电极, 经高温炉3

0 0 ℃条件下恒 温烧结1 0m i n . 采用 D 8a d v a n c eX 射线衍射仪分析样品晶体 结构, 采用S G

4 8

0 0扫描电子显微镜分析样品微观形 貌, 采用 D S R

1 0

0 系列光 谱响应测量系统、 A g i l e n t B

1 5

0 0 A 半导体器件分析仪以及自组装光照响应系 统进行光谱效应、 I G V 特性和光照响应特性分析.