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1、第29卷第11期半导体学报Vol.29No.112008年11月JOURNALOFSEMICONDUCTORSNov.,20083非晶硅薄膜的红外热敏特性1,2,•222马铁英李铁刘文平王跃林(1中国计量学院光学与电子科技分院,杭州310018)(2中国科学院微系统与信息技术研究所传感技术国家重点实验室,上海200050)摘要:用PECVD技术制备了不同掺磷比的非晶硅薄膜,然后退火改性.红外透射光谱揭示了薄膜内部的键合模式随生长工艺条件变化的规律;测量和分析了非晶硅红外热吸收及电阻温度系数与薄膜结构之间的关系.综合考虑非晶硅电阻率和电阻温度系数两个因素,
2、采用掺杂比01025,退火温度600℃的薄膜样品进一步研究.关键词:非晶硅;退火;红外透射;电阻温度系数PACC:7770;7830L;7850J中图分类号:O484文献标识码:A文章编号:025324177(2008)1122265205其中Ib为偏置电流;G为器件的热导.可以得知要获1引言得一个高响应度的红外热探测元件必须有:高的电阻温度系数(TCR),同低噪声前置放大器匹配的电阻Rd,作为感知红外辐射与输出信号间的桥梁,热敏感元高吸收率ε和低热导G.G值与器件的隔热设计密切相件是室温红外探测器的核心部件.研究温度灵敏度高,关,改变非晶硅生长工艺条件
3、对其影响很小,实验重点制备方法与IC工艺兼容的热敏感材料是实现低成本为获得Rd匹配的情况下电阻温度系数和吸收系数较高性能的室温红外探测器关键.红外热探测材料非晶硅高的优化生长条件.薄膜,电阻温度系数较高,成本低廉,大面积均匀性好,2实验可同硅微电子集成兼容,非晶硅基红外热探测器是目前研究的热点[1,2].实验采用英国OxfordInstrument生产的Plasmal2由于非晶硅也是研究薄膜晶体管、太阳能电池、图ab80Plus型PECVD系统制备a2Si∶H薄膜,沉积腔为电容耦合的平行板式.通过专用软件可以控制沉积中像传感器等大面积信息与能源器件的热点
4、材料,目前大[3,4]的衬底温度、气体压力、反应气体组成及射频功率等参部分基于非晶硅性能的研究集中于此相关应用上;数.其中,反应气体为硅烷(SiH4),稀释气体为氮气国内外红外热探测的报道则集中在红外热敏感元件的(N2).具体沉积参数为,反应气体SiH4流量:20sccm;结构设计和低成本及实现单片集成上.而对非晶硅作为稀释气体N2流量:710sccm;10%PH3/N2流量:0～热敏感材料的生长工艺与热电性能之间的研究鲜有详10sccm;Ar流量:475sccm;反应腔压强:1133Pa;射频细研究报告.功率:15W;衬底温度:250℃.为了获得适中的
5、电阻率,需对非晶硅进行掺杂.生在此条件下制备了掺杂量不同的6组掺磷a2Si∶长过程中同时掺杂的原位掺杂法较离子注入、扩散两种H薄膜样品,掺杂比(R=PH3/SiH4)为0～0105;调整常规掺杂技术而言,具有杂质分布均匀、工艺步骤简单生长时间控制膜厚为700nm;对薄膜样品退火处理,改的优点.原位掺杂法以LPCVD和PECVD为主,与变退火时间和退火温度以激活磷原子获得适中的电阻LPCVD相比,PECVD具有较低的生长温度,较高的生率.采用两种衬底材料以适应不同测试手段需要:p型长速率(600℃时,PECVD法的生长速率是LPCVD的[111]低掺高阻硅
6、片透射率高不致掩盖薄膜信息,用于[5]10倍左右).FTIR测试;[100]被氧化硅片(氧化层厚度6000nm)绝基于以上原因,作者采用PECVD技术在不同工艺缘不会影响薄膜电性能,用来测试薄膜变温电阻率以求条件下制备非晶硅热敏薄膜,退火改性,旨在获得更好得电阻温度系数.的应用于非制冷红外探测非晶硅薄膜的优化生长条件,样品的红外透射光谱由NicoletMagna2IR860红为非制冷红外探测器的研究奠定良好基础.外光谱仪测得.为了测出薄膜的变温电阻,将薄膜图形[6]由红外探测器的电压响应度公式化成10×100nm的电阻条,两端蒸发固定形状的铝电IbεTC
7、RRd极,合金化以获得最佳测试结果.使用Agilent4156CRv=(1)22G1+ωτ半导体特性分析仪测试样品的变温电阻,算出电阻率和3国家重点基础研究发展规划(批准号:2006CB300406)和上海AM基金(批准号:0402)资助项目•通信作者.Email:mty@cjlu.edu.cn2008205211收到,2008207221定稿Z2008中国电子学会©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net226
8、6半导体学报第29卷图1不同PH3/SiH4掺杂比条件下a2Si∶H的红外透射谱
