عنوان پایان‌نامه
تحلیل فصل مشترک ایندویوم انتیموناید وعایق دی الکتریک
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک- تکنولوژی نیمه هادی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2815;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 71138
- تاریخ دفاع
- ۱۵ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- شهاب الدین سجادی راد
- استاد راهنما
- مرتضی فتحی پور
- چکیده
- آشکارسازی امواج مادون‌قرمز که طول‌موج بزرگ‌تری نسبت به نور مرئی دارند، اطلاعات جدید و متفاوتی از دنیای پیرامون را به ما می‌دهد. این آشکارسازها کاربردهای فراوانی در حوزه نظامی، پزشکی، صنعتی و علوم دارند. ساختارهای فراوانی به‌عنوان آشکارساز مادون‌قرمز ارائه شده‌اند که از آن جمله می‌توان آشکارسازهای مبتنی بر ایندیوم آنتیموناید (InSb) نام برد. فرآیند منفعل سازی سطح آشکارساز ازجمله حساس‌ترین مراحل ساخت این افزاره می‌باشد. نقص‌هایی که پس از این فرآیند در فصل مشترک لایه منفعل ساز و نیمه‌هادی باقی می مانند حائز اهمیت اند. این نقص‌ها پیوندهای اشباع نشده ای دارند که منجر به ایجاد ترازهای مجازی داخل شکاف انرژی (موسوم به ترازهای میانی یا مراکز تولید و بازترکیب) می‌شوند. در این پایان نامه به معرفی انواع نقص های ایجاد شده در اثر فرآیند منفعل سازی پرداخته ایم و تاثیر آن ها را در ایجاد جریان تاریک بیان کرده ایم. لایه های منفعل ساز مختلف را با استفاده از روش های PECVD و اکسایش آنودی بر روی سطح ایندیوم آنتیموناید رسوب داده ایم. اندازه گیری EDAX و AFM جنس و زبری(2-7 نانومتر) لایه ها را بررسی کرده و شرایط بهینه جهت رسوب اکسید را تعیین کرده ایم. سپس با ساخت خازن MOS و انجام اندازه گیری CV کیفیت فصل مشترک لایه ها را بررسی کرده ایم. با محاسبه تراکم نقص ها برای همه لایه های رسوب داده شده، نشان داده ایم که لایه اکسید سیلیسیم که با روش PECVD ایجاد شده باشد دارای کمترین تراکم نقص به میزان Cm-21012 است و لایه اکسید آنودی با بیشترین تراکم نقص به میزان Cm-21014 دارای ضعیف-ترین فصل مشترک با ایندیوم آنتیموناید است. همچنین این آزمون ها نشان می دهد اکسید آنودی به علت نفوذ اتم های Sb به داخل و سطح اکسید و ایجاد تراکم نقص های بالا روش مناسبی جهت منفعل سازی سطح ایندیوم آنتیموناید نمی باشد. با تحلیل مشخصه I-V ساختار MOS ایجاد شده نیز فرآیند تونل زنی و گسیل فرنکل-پول را به عنوان فرآیندهای اصلی رسانایی در اکسیدهای رسوب داده شده تعیین کرده ایم و نشان داده ایم که همه لایه های منفعل ساز عایق های خوبی هستند. در ادامه با بررسی دیودهایی که با لایه های منفعل ساز آنودی، اکسید سیلیسیم و نیترید سیلیسیم و انداره گیری جریان تاریک نشان داده است که میزان این جریان ارتباط مستقیمی با تراکم نقص های الکتریکی دارد میزان این جریان برای دیودهای منفعل شده با سیلیسیم اکسید کمتر از 1نانو آمپر و برای دیودهای منفعل شده با اکسید آنودی در حدود 1 میکروآمپر است. همچنین مشاهده می کنیم مشخصه آشکارساز در بایاس معکوس در ابتدا بیشتر متاثر از جریان تولید-بازترکیب شاکلی-رید-هال می باشد و سپس با افزایش ولتاز معکوس جریان تونل زنی به کمک تله ها غالب می شود. با بررسی تاثیر تراکم نقص ها بر ولتاژ مدار باز (20-80 میلی ولت برای سیلیسیم اکسید و نایتراید و 100-150 میلی ولت برای اکسید آنودی) و جریان اتصال کوتاه (20-50 میلی آمپر برای سیلیسیم اکسید و نایتراید و 50-80 میلی آمپر برای اکسید آنودی) دیودهای منفعل شده نشان داده ایم که این دو پارامتر با افزایش تراکم نقص ها افزایش می یابند. بالاخره با اندازه گیری CV از این دیودها ولتاژ درون ساخت را 24/0 ولت به دست می دهد. کلمات کلیدی: منفعل سازی، آشکارساز مادون قرمز، فصل مشترک، ایندیوم انتیموناید، مشخصه خازن-ولتاژ، نقص های الکتریکی، ترازهای تله
- Abstract
- Detection of infrared radiation which has a longer wavelength compare to visible light, provides new and different information from the world surrounding us. These detectors have many military, medical, industrial and scientific applications. Various structures have been proposed for infrared detection, such as indium antimony. Passivation surface of detector is one of the most sensitive process of manufacturing this device. Many defects remain at the semiconductor/passivation layer interface after this layer is deposited .These defects have unsaturated bonds which leads levels into the energy band gap. In this thesis, we study defects caused by several passivation processes and explain their effect on dark current. Different deposited passivation layers on the surface of indium antimonide using PECVD and anodic method were studied. By Using the EDX and AFM measure stoichiometry and the roughness of the layers. AFM studies showed a surface roughness of 2-7nm. Also we have determined optimal conditions of passivation layers. Investigation of the MOS capacitor structure by CV measurement provide the quality of interfaces. From these studies the defect density for all layers deposited, have shown that Silicon oxide layer with 1012cm-2 had lowest defect density and anode oxide with 1014 cm-2 had the weakest interface with indium antimonide. Calculations show anodic oxide due to the influence of Sb atoms into the oxide surface and the creation of high defect density is not a good method to passivate the surface of indium antimony. IV characteristics of MOS structures showed that all layers are relativity good dielectrics with less than 1nA current. we determine Frenkel-Pool emission and Tunneling process as the main processes for the conductivity of the oxides have been deposited. Diodes with different passivation layers including the anodic, silicon oxide and silicon nitride measurement of dark current showed that dark current is directly related to electrical defect density. The dark current for diodes with passivation layer of silicon oxide is less than 1nA while dark current for diodes with the anodic oxide layer is on the order of 1uA. Also in the reverse bias, dark current characteristic of the detector is initially most affected by Shockley-Read-Hall generation recombination process and by increasing reverse voltage, trap-assisted tunneling dominated. By investigate the effect of defect density on the open circuit voltage (20-80 mV for nitride and silicon oxide and 100-150 mV for anodic oxide) and short circuit current (20-50mA for nitride and silicon oxide and 50-80mA for anode oxide) showed these two parameters increased with increasing defects density. Finally, CV measurement showed a build-in potential 0.24v for the junction.
