MEMS中多孔硅的电学与光学特性研究

论文摘要

多孔硅具有独特的微观结构、大的体积表面比、特殊的半导体能带结构、良好的化学稳定性使其在SOI技术、微传感器技术等众多方面得到极大重视。近年来,随着MEMS技术的迅猛发展,作为一种新兴的功能材料,多孔硅以其优良的电学性能和光学性能在制造气敏传感器、光电子器件以及太阳能电池等MEMS领域中得到广泛的应用。本论文采用双槽电化学腐蚀法制备多孔硅,主要针对多孔硅的特征参数、电学和光学方面的性质进行分析和研究,为多孔硅在MEMS器件中更广泛的应用奠定基础。实验中通过改变腐蚀电流密度制备了三种样品对比研究多孔硅的微观特征参数。研究发现:腐蚀电流大小不会明显改变孔洞直径和硅纳米线尺寸;电流变化会显著改变多孔硅的孔隙率和热导率。随着腐蚀电流的增大,多孔硅的孔隙率随之增大,而热导率随之降低。研究M/PS/S（i金属/多孔硅/硅）结构的I-V特性,NO2气体中Pt/PS/Si的I-V特性以及多孔硅电阻温度特性。研究发现:Pt与多孔硅可形成良好的欧姆接触,而Cu与多孔硅会形成肖特接触,其I-V特性曲线表现出整流特性。NO2气体可增加多孔硅中的空穴浓度,使其电阻减小。多孔硅的电阻温度特性有别于常规半导体,曲线呈“L”型。采用荧光分光光度计研究多孔硅的光致发光特性。研究发现:p型多孔硅在紫外光和紫光的照射下才能产生荧光,且其荧光光谱具有连续可调性。多孔硅的荧光波长只与硅纳米线的尺寸有关,实验中样品均表现出波长调制效应,调制比为0.5。多孔硅表面的悬挂键会降低其荧光强度,而O-Si-O键作为辐射复合中心会提高荧光光强。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 MEMS概况
• 1.1.1 MEMS的基本概念
• 1.1.2 MEMS技术的基本特点
• 1.1.3 MEMS的制造技术
• 1.1.4 MEMS技术发展的趋势和展望
• 1.2 应用于MEMS中的多孔硅概述
• 1.2.1 多孔硅简介
• 1.2.2 多孔硅的微观结构
• 1.2.3 多孔硅技术在MEMS技术中的优势
• 1.2.4 多孔硅的应用
• 1.3 本论文研究的内容和目的
• 第二章 实验原理
• 2.1 多孔硅的制备和形成机制
• 2.1.1 多孔硅的制备方法
• 2.1.2 多孔硅的形成机制模型
• 2.2 金属和半导体的接触
• 2.2.1 金属和半导体的功函数
• 2.2.2 接触电势差
• 2.2.3 金属和半导体的欧姆接触
• 2.3 杂质半导体电阻率及其与杂质浓度和温度的关系
• 2.3.1 电阻率和杂质浓度的关系
• 2.3.2 电阻率随温度的变化
• 2.4 多孔硅发光机理
• 2.5 荧光及红外分析手段
• 2.5.1 荧光测量技术原理
• 2.5.2 红外光谱测量技术原理
• 第三章 多孔硅的制备与特征参数研究
• 3.1 多孔硅的制备
• 3.1.1 制备装置介绍
• 3.1.2 硅片清洗
• 3.1.3 电化学腐蚀制备多孔硅
• 3.2 多孔硅表面形貌观测
• 3.3 多孔硅孔隙率与热导率的测量
• 3.3.1 多孔硅孔隙率测量
• 3.3.2 多孔硅热导率测量
• 3.4 本章小结
• 第四章 多孔硅电学特性研究
• 4.1 M/PS/Si（金属/多孔硅/硅）结构的I-V特性研究
• 4.1.1 M/PS/Si（金属/多孔硅/硅）结构的制备
• 4.1.2 样品测试与结果分析
• 2 气体中Pt/PS/Si结构的I-V特性研究'>4.2 NO₂气体中Pt/PS/Si结构的I-V特性研究
• 4.2.1 样品测试
• 4.2.2 结果分析
• 4.3 多孔硅电阻温度特性研究
• 4.3.1 样品制备
• 4.3.2 样品测试与结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 多孔硅光学特性研究
• 5.1 样品制备
• 5.2 测试设备及方法介绍
• 5.3 荧光的产生条件
• 5.4 光谱连续可调性研究
• 5.5 荧光波长与波长调制研究
• 5.6 荧光强度研究
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 实验结论
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢