金刚石薄膜共面栅紫外光探测器制备研究

摘要

金刚石薄膜具有优异的光学、电学和机械性能，能够耐高温、耐腐蚀和抗强辐射，已成为当前工作在苛刻环境下的探测器的首选材料。利用本征金刚石薄膜实现紫外光探测器，显示出许多优点：能有效工作于高温(～600℃)、能高速响应、能实现日盲型紫外探测、能工作于极其恶劣的环境，因而近年来得到国际广泛重视，正在发展应用于军事、空间、工业、环境、医学、生物等多个领域，开展该方面的研究具有重要的学术意义和应用价值。金刚石膜紫外光探测器的性能很大程度上取决于薄膜质量和器件结构，研究表明目前器件的电荷收集效率较低以致灵敏度不高，本论文主要通过采用定向金刚石薄膜和共面栅结构两方面来改善电荷收集效率，最终实现高效紫外光探测器。主要取得如下结果： 采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法，在p-Si衬底上制备出厚度为15μm的定向金刚石薄膜。AFM，Raman光谱以及X射线衍射仪测试表明所制备的金刚石薄膜质量较高，金刚石相含量达到99.92％，薄膜具有高度取向，表面平均粗糙度为48.2nm。在氮气保护气氛中500℃下进行退火处理后，金刚石薄膜的消光系数和折射率得到明显改善。 论文采用Ansys软件对共面栅结构探测器的几何结构进行模拟优化设计，确定非收集栅与收集栅上所加电压比为0.5、栅电极的宽度为间距的2倍。在此基础上，设计了光刻掩模板并通过lift-off光刻工艺制作了Au/金刚石-Si/Al结构的共面栅紫外光探测器。同时，设计了共面栅器件的信号读出电路。 对Au/金刚石-Si/Al结构的共面栅紫外光探测器的电流-电压特性测试表明，表面栅电极和背电极都形成了良好的欧姆接触，通过退火处理可进一步改善电极接触欧姆性。研究了共面栅探测器件对紫外光的响应特性，包括时间响应和光谱响应，并与器件在MSM结构工作方式下获得的响应进行了比较。测试结果表明，共面栅方式工作下，器件响应速度提高了30％，紫外/可见光分辨率提高了2.7倍，表明共面栅结构能明显改善紫外光探测器的性能。

目录

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第一章绪论

1.1 CVD金刚石薄膜研究概况

1.1.1 金刚石薄膜的优异性能及其应用

1.1.2 金刚石薄膜研究的关键技术

1.2 金刚石薄膜紫外光探测器的研究进展和发展方向

1.2.1 探测器结构的研究

1.2.2 电极材料与表面处理工艺

1.2.3 金刚石紫外光探测器的应用进展

1.3 共面栅结构紫外光探测器

1.3.1 共面栅探测器件的来源

1.3.2 共面栅器件的工作原理

1.3.3 探测器制备过程中关键问题

1.4 课题意义和研究内容

1.4.1 课题意义

1.4.2 研究目标，内容

第二章金刚石薄膜制备与性能表征

2.1 引言

2.2 金刚石薄膜的制备

2.2.1 衬底预处理

2.2.2 金刚石薄膜的沉积

2.3 金刚石薄膜样品表征

2.4 退火处理对金刚石薄膜的影响

2.5 本章小结

第三章共面栅结构探测器的制备工艺研究

3.1 引言

3.2 器件结构参数的确定

3.3 器件制作工艺

3.4 共面栅探测器读出电路

3.5 本章小结

第四章金刚石薄膜共面栅紫外光探测器的性能研究

4.1电流—电压特性

4.2紫外光响应特性

4.3 本章小结

第五章结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表的论文和申报的专利

作者在攻读学位期间参与的项目

致谢