富硅氮化硅薄膜体系电致发光器件研究

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1、浙江人学硕卜学位论文摘要随着半导体芯片集成度的进一步提高，以电子为信息载体的金属互联存在的RC延迟及热耗散成为制约超大规模集成电路发展的瓶颈。采用光互连代替电互联将有效解决这一问题，而寻找高效的硅基光源更是解决这一问题的关键。近年来，富硅氮化硅(SiN。)薄膜由于其良好的发光特性及制备工艺与传统CMOS工艺兼容而受到广泛关注，成为硅基光源的候选材料之一。本论文研究了富硅氮化硅薄膜体系的电致发光器件，包括基于单层SiNx薄膜、SiNJa-Si／SiN。三明治结构薄膜以及引入Si02电子加速层的Si02onSiN。结构薄膜的三种电致发光器件，取得以下主要成果：(1)S

2、IN。薄膜电致发光源于禁带内的缺陷态能级的复合，发光峰位位于600nm处，主要来自于E一暑彤一之间的电子辐射跃迁；相同的输入功率下，采用p'Si作为衬底能够提高器件的EL强度，采用p+／pSi作为衬底能够有效降低器件的开启电压；经三步热处理后器件的开启电压降低。(2)对于SiN。／a．Si／SiNx三明治结构薄膜，当a-Si层沉积时间为60s时，高温热处理后器件的开启电压降低且EL积分强度提高。可能原因是a．Si层经过高温热处理后形成了颗粒尺寸较小的Si的非晶纳米颗粒，有利于载流子注入SiN。薄膜，载流子的浓度提高，一定程度上使得电子与空穴的复合效率提高，EL发光

3、出现增强。(3)Si02电子加速层的引入能够提高器件的EL强度，原因在于经Si02层加速后的高能电子进入发光层后，将对SiNx进行轰击离化，激发出更多的载流子，导带上的电子浓度提高，电子与空穴的注入水平趋于平衡，使得电子与空穴的复合效率提高；EL强度与Si02电子加速层的厚度有关，当Si02层厚度减小为25nm，EL强度进一步增强，说明一定厚度范围内，在保证电子加速作用的同时，Si02层厚度的减小有利于电子的注入。关键词：富硅氮化硅，电致发光，SiNJa-Si／SiNx，电子加速层浙江人学硕．Jj学位论文AbstractWiththefurtherimprovem

4、entoftheintegrationlevelofsemiconductorchip，thetraditionalelectricalinterconnectionbecomesabottleneckforthedevelopmentofultralargescaleintegratedcircuits．Lightinterconnectionissupposedtobeaneffectivesolution．Thekeypointistoseekforallefficientsilicon—basedlightsource．Forthepastfewyears

5、，silicon-richsiliconnitride(SiNx)hasreceivedextensiveattentionasacandidatematerialforsilicon-basedlightsourcebecauseofitsgoodluminescencepropertiesandcompatiblewithCMOStechniques．Inthisthesis，threestructrureofthelight-emittingdevices(LEDs)basedonSiNxthinfilmswereinvestigated．Themainre

6、sultsaresummarizedasfollows：(1)Electroluminescence(EL)oflight—emittingdevicesconsitedbysingleSiNxfilmwasfoundcenteredat600nm．whichoriginatedfromtheelectronictransitionsofEc专三Si—iscenteredat600nm．UsingalightlydopedPtypesiliconwaferassubstratewouldenhancetheELintensityofLEDsatthesameinp

7、utpower,whileanepitaxialp-typesiliconwaferwouldreducetheturnonvoltage．(2)CurrentofLEDsconsitedbySiNx／a—Si／SiNxfilmisincreasedatthesameforwardbiasafterpost—annealing,meanwhile，theELintegratedintensityisenhancedatthesamecurrentdensitywhenthedepositiontimeofa-Silayeris60seconds．Smallamor

8、phous