Película delgada de silicio amorfo sobre sustrato de cuarzo
Quartz substrate is an ideal substrate for depositing amorphous silicon (a-Si) and its hydrogenated derivatives (a-Si: H) due to its excellent light transmittance, high temperature stability, and good compatibility with silicon-based thin film preparation processes. Amorphous silicon thin films play a crucial role in thin-film transistors, peripheral circuits of liquid crystal displays, and silicon-based photovoltaic cells. PAM-XIAMEN can grow quartz based amorphous silicon thin films. Please refer to the following table for detailed parameters:
1. Parámetros de especificación clave de la película delgada de silicio amorfo
| Artículo | Parámetros |
| sustrato | Cuarzo |
| Diámetro | 4 pulgadas |
| Espesor | 500±25 µm |
| Aspereza | <0.5 nm |
| Película delgada | Silicio amorfo (a-Si) |
| Método | Pulverización con magnetrón |
| Espesor de la película | 700±10nm |
| Índice de refracción (@1310 nm) | ~3.5 |
| televisión | < 10 µm |
| ARCO | < 35 µm |
| REMOVER | < 3 µm |
n de a-si parametrizado a 632,8 nm = 4,08555
k de a-si parametrizado a 632,8 nm = 0,06514
Fig. 1 Datos espectroscópicos elipsométricos (SE) de a-Si sobre sustrato de cuarzo
El silicio amorfo de película delgada sobre sustrato de cuarzo tiene un índice de refracción n ≈ 3,5 en la longitud de onda del infrarrojo cercano de 1310 nm, significativamente más alto que los materiales dieléctricos convencionales (como SiO₂: n≈1,45, SiNₓ: n≈2,0). El alto índice de refracción brinda una mayor capacidad de confinamiento del campo óptico, lo que permite un radio de curvatura más pequeño de las guías de ondas ópticas y una mayor integración del dispositivo. 1310 nm es una ventana de trabajo importante para la comunicación por fibra óptica, LiDAR y la fotónica integrada, lo que hace que este producto sea especialmente adecuado para guías de ondas ópticas de baja pérdida, resonadores de microanillos, optoacopladores y otros escenarios.
2. preparación de películas delgadas de silicio amorfo
Las películas delgadas de Si amorfo se preparan principalmente utilizando tecnologías PVD y CVD. Para las películas delgadas de silicio amorfo preparadas mediante deposición física de vapor, como la pulverización catódica, hay muchos enlaces de silicio colgantes en la película, lo que dificulta la formación de materiales semiconductores de tipo n o p mediante dopaje con dopantes. Por lo tanto, la preparación de películas delgadas de a-Si utiliza principalmente tecnología CVD, como la deposición química de vapor mejorada con plasma (PECVD), la deposición química de vapor con alambre caliente (HWCVD) y la fotografía CVD, entre las cuales PECVD es la tecnología más utilizada.
La película delgada de silicio amorfo preparada por CVD tiene una gran cantidad de defectos estructurales, principalmente los enlaces colgantes de los átomos de silicio, seguidos de los enlaces débiles Si-Si entre los átomos de silicio. Los enlaces colgantes de los átomos de silicio introducen centros de nivel profundo de alta densidad en la banda prohibida de los materiales de película delgada amorfa, que tienen actividad eléctrica y afectan directamente las propiedades eléctricas de las películas delgadas de silicio amorfo. Durante el proceso de tratamiento térmico, la densidad y estructura de estos enlaces colgantes de silicio también cambian, lo que dificulta el control de las propiedades eléctricas de las películas delgadas de silicio amorfo.
Para resolver este problema, se añade una cierta cantidad de átomos de hidrógeno durante la preparación de películas delgadas de silicio amorfo, lo que da como resultado materiales de película delgada de silicio amorfo hidrogenado (a-Si: H). Por ejemplo, las películas delgadas amorfas de silicio preparadas utilizando tecnología PECVD generalmente contienen entre un 10% y un 15% de átomos de hidrógeno. Sin embargo, la introducción de átomos de hidrógeno en alta concentración puede pasivar los enlaces colgantes del silicio y al mismo tiempo formar nuevos defectos relacionados con el hidrógeno, con átomos de hidrógeno que superan con creces la densidad de los enlaces colgantes del silicio, lo que provoca una disminución de las propiedades optoelectrónicas de las películas delgadas de silicio amorfo y da como resultado fenómenos como la atenuación fotoinducida.
3. Características Raman y ordenamiento de corto alcance de estructuras de Si amorfo
Según el estudio de Sangeetha et al. (2017) sobre la dispersión micro Raman de silicio amorfo (PECVD) sobre sustratos de cuarzo, el modo de fonón óptico T₂g de a-Si exhibe un ensanchamiento significativo (ancho medio hasta 23 cm⁻¹) y desplazamiento al rojo (posición máxima entre 494-504 cm⁻¹), que es una característica típica de su orden de corto alcance y desordenada de largo alcance. estructura. En comparación con el silicio cristalino (521 cm⁻¹), el corrimiento al rojo se debe principalmente al efecto de confinamiento de fonones y al desorden estructural. Esta estructura permite que el a-Si exhiba dispersión isotrópica y libre de límites de grano en la óptica, lo que resulta en menores pérdidas de propagación en guías de ondas ópticas de película delgada.
Fig. 2 Espectros Raman de a-Si/cuarzo bajo diferentes poderes de deposición
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Referencias:
Periasamy, S., Venkidusamy, S., Venkatesan, R., Mayandi, J., Pearce, J. y Selj, JH, et al. (2017). Dispersión micro-raman de silicio a nanoescala en silicio amorfo y poroso. Zeitschrift Für Physikalische Chemie, 231.