论文部分内容阅读
由于零维Ge量子点独特的量子限域效应及优异的光电性能,近年来基于Ge量子点的制备及性能表征成为了研究热点。本论文围绕SiO2/Si基Ge量子点光电探测材料的生长及光电性能开展了相关研究。通过采用原子力显微镜(AFM)、Raman光谱及傅里叶红外吸收光谱(FTIR)对Ge量子点的表面形貌及结晶性进行了研究,分析了溅射生长Ge量子点的不同工艺参数、表面形貌对量子点光学性能的影响。同时采用扫描电子显微镜(SEM)及器件Ⅰ-Ⅴ测试对光电探测器电极制备及器件电学性能分别进行了研究,主要内容如下：(1)采用超高真空离子束溅射技术,结合实验室前期的量子点的制备工艺,比较了在SiO2/Si衬底上溅射沉积Ge/Si材料和在SOI(Silicon-On-Insulator,绝缘衬底上的硅)衬底上溅射沉积Ge/Si材料的区别,AFM结果表明当Si沟道层较薄时SiO2/Si基底更加适合生长Ge量子点,生长得到的量子点适合后续器件的制备工作。在700℃下生长的量子点尺寸均匀,形貌较好,在SiO2/Si衬底上700℃条件下溅射沉积有序Ge量子点,量子点密度可以达到1010/cm2；另一方面,量子点密度会随着Si层厚度的改变而变化。当Si层厚度达到20nm厚时Ge量子点的密度达到最高,继续增加Si层厚度Ge量子点密度反而减小。(2)采用磁控溅射技术进行探测器电极的制备研究,分析了退火方式对电极表面形貌、电极表面粗糙度以及电极对后续电学性能测试的影响,比较发现经过原位退火得到的电极表面致密度更高,表面更加平整,Ⅰ-Ⅴ曲线测试结果更加实际,即原位退火方法更加适合光电探测材料的电极制备。(3)对Ge量子点光电探测材料的电学及光学性能进行了研究,根据Ⅰ-Ⅴ光电流测试结果表明：与可见光波段相比,器件对近红外波段光更加敏感。同时,在相同波段光照条件下,光功率越大,器件光电流也越大。通过栅压对器件进行调控,发现随着施加的正栅压值增大,器件光电流逐渐减小；相反,随着负栅压的增大,电流值越来越大。采用FTIR吸收光谱对器件光学性能进行表征,结果发现：器件在5.8um和3.4um处出现了两个较为明显的吸收峰,其中5.8umm处的吸收峰来源于Ge量子点的前两个重空穴能级之间的跃迁,3.4um处的吸收峰来源于Ge量子点中的空穴从基态能级跃迁到Si价带边缘时出现的吸收峰。器件对红外光的这种有效吸收证明了其作为未来红外波段探测器的可能性。