纳米硅/单晶硅异质结二极管制作及特性研究

论文摘要

能带工程的开展与取得的成果使得对异质结的关注与研究越来越广泛。两种半导体材料禁带宽度不同以及界面态等因素的影响,使得异质结具有许多不同于同质结新的特性,实现了同质结不能实现的功能。近年来对纳米薄膜材料的研究（如ZnO、SiC等）又为我们在异质结的制作方面提供了新的思路。随着气相淀积技术的日益成熟,低压化学气相淀积（LPCVD）、等离子体增强化学气相淀积（PECVD）等淀积方法历经多年完善后,已经可以制作出纳米尺度的薄膜材料。本文在采用LPCVD方法淀积制得纳米硅薄膜的基础上,通过CMOS平面工艺将纳米硅薄膜与单晶硅衬底制成平面型纳米硅/单晶硅同型异质结二极管。对制得的纳米硅薄膜采用扫描电子显微镜进行形貌分析,同时对研制的纳米硅/单晶硅同型异质结二极管电流-电压（I-V）特性,电容-电压（C-V）特性及温度特性进行了实验测试。实验结果表明,纳米硅/单晶硅同型异质结二极管在与衬底之间形成pn结结构时呈现良好的整流特性;反向漏电流在纳安级别内;常温下其开启电压约为0.37V;温度特性良好,温度每增加10℃开启电压只减小0.025V。本文阐述的纳米硅/单晶硅异质结二极管的制作方法简单,与CMOS工艺相兼容,便于与其它元器件（如异质结晶体管、压力传感器等）集成。制作纳米硅薄膜的LPCVD工艺发展成熟且已被广泛应用。由于纳米硅/单晶硅异质结二极管具有良好的电学特性、温度特性、光、压敏等特性,将在半导体器件、光电子器件、集成电路等领域内广泛发挥作用。本文研究结果表明,纳米硅/单晶硅异质结二极管将会在今后有更加广泛的应用领域。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纳米硅/单晶硅异质结的研究现状及发展趋势
• 1.2.1 纳米硅薄膜的研究现状及发展趋势
• 1.2.2 纳米薄膜异质结的研究现状及发展趋势
• 1.3 纳米硅/单晶硅异质结的应用前景
• 1.3.1 在太阳能电池方面的应用
• 1.3.2 在集成电路方面的应用
• 1.3.3 在压力传感器方面的应用
• 1.3.4 在发光器件方面的应用
• 1.4 课题研究的目的、意义及主要研究工作
• 1.5 本章小结
• 第2章 纳米硅/单晶硅异质结的基本结构与基本理论
• 2.1 纳米硅/单晶硅异质结的基本结构
• 2.2 纳米硅薄膜的基本特性及理论
• 2.2.1 弹道输运机制
• 2.2.2 单电子效应与库仑阻塞效应
• 2.2.3 压阻效应
• 2.2.4 共振隧穿现象与负微分电阻特性
• 2.3 纳米硅/单晶硅异质结的基本理论
• 2.3.1 理想突变异质结的典型能带结构
• 2.3.2 突变异质结的电输运机制
• 2.4 本章小结
• 第3章 纳米硅/单晶硅异质结制作的工艺原理及工艺过程
• 3.1 纳米硅薄膜的制备
• 3.1.1 LPCVD方法制备纳米硅薄膜的工艺基本原理
• 3.1.2 PECVD方法制备纳米硅薄膜的工艺基本原理
• 3.2 纳米硅/单晶硅异质结制作的工艺过程
• 3.3 纳米硅/单晶硅异质结制作的主要工艺步骤
• 3.3.1 热氧化生长
• 3.3.2 光刻
• 3.3.3 腐蚀
• 3.3.4 离子注入
• 3.3.5 金属淀积
• 3.4 本章小结
• 第4章 纳米硅/单晶硅异质结实验结果与分析
• 4.1 纳米硅薄膜SEM分析
• 4.2 纳米硅/单晶硅异质结二极管I-V特性测试结果与分析
• 4.3 纳米硅/单晶硅异质结二极管 C-V特性测试结果与分析
• 4.4 纳米硅/单晶硅异质结二极管温度特性测试结果与分析
• 4.5 纳米硅/单晶硅异质结二极管的应用设计方案
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢