基于线性电光效应对硅界面场的测量方法研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20151100067硕士学位论（文学生类别：全日制学术型硕士研究生学科名称：物理电子学论文题目：基于线性电光效应对硅界面场的测量方法研究英文题目：ResearchonMeasurementMethodofSiliconInterfaceFieldBasedonLinearElectro-opticEffect学生姓名：赵晓伟导师姓名：朱景程副教授二○一八年四月内蒙古工业大学硕士学位论文摘要硅材料是目前在集成器件、大规模集成电路中发挥重要作用的一种材料。因为其原料丰富，价格低廉，物理性质较稳定的特点，使得它

2、的利用率越来越高，于是硅材料及其器件性能的检测方法也成为了一个重要的研究内容。另一方面，研究发现利用强作用场可以破坏其对称性，使其产生线性电光效应，此发现在光通信领域已经得到了广泛的研究与应用。在本文中我们将利用硅电光效应与电场以及应力场的对应关系，基于线性电光效应，提出一种对硅材料上电场以及应力的大小及分布的电光检测方案，并对其进行了实验验证。具体结论如下：（1）利用理论计算得到线性电光效应与硅材料表面及界面处电场的对应关系，并利用此关系通过测量硅界面处空间电荷区中的电光信号计算了其内建电场的大小及分布以及在外加直流电场下的改变情况。通过与肖特基

3、势垒中电场分布的理论值比较发现，我们所提出的这种方法与理论有很好的符合，具有实用性，为测量硅器件内部电场分布提出了一种新的方法。（2）理论总结了线性电光效应与应力场的对应关系，并利用自制的应力施加装置对片状硅材料中心点处连续施加单轴应力，通过测量应变硅材料的电光信号，验证了理论分析与实验相符合。（3）在此基础之上，我们利用此方法测量了氧化层厚度为4nm的Si/SiO2界面处应力场分布及大小，实验结果显示硅材料中心Si/SiO2界面处方向应力值约为71.87610Pa。总之，本论文通过以上两个光学实验对硅界面以及表面的电光性质进行了系统的研究。这里

4、，我们不仅对硅材料内建电场分布提出了一种基于线性电光效应的测量方法，还提出了一种基于线性电光效应测量硅材料界面处应力大小及分布的方法，这些结论在文献鲜有报道，得出的一些结论或对硅基器件界面态的分析测量以及对拓展硅材料的应用范围有所帮助，具有一定的创新性和实用性。关键词：界面场；线性电光效应；直流电场；应力I内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractSiliconmaterialiscurrentlyamaterialthatplaysanimportantroleinintegrateddevicesandlarge-scaleintegrated

5、circuits.Becauseofitsrichrawmaterial,lowprice,andrelativelystablephysicalproperties,itsutilizationrateisgettinghigherandhigher.Therefore,thedetectionmethodofsiliconmaterialanditsdeviceperformancehasalsobecomeanimportantresearchcontent.Ontheotherhand,itwasfoundthattheuseofastro

6、nginteractionfieldcandestroyitssymmetryandcauseittoproducealinearelectro-opticaleffect.Thisdiscoveryhasbeenwidelystudiedandappliedinthefieldofopticalcommunication.Inthispaper,wewillusetheelectro-opticeffectofsiliconandtheelectricfieldandthecorrespondingrelationshipbetweenthest

7、ressfield,basedonthelinearelectro-opticeffect,proposesanelectro-opticdetectionschemeforthesizeanddistributionoftheelectricfieldandstressonthesiliconmaterial,anditsexperimentalverification.Thespecificconclusionsareasfollows:(1)Theoreticalcalculationswereusedtoobtainthecorrespon

8、dencebetweenthelinearelectro-opticeffectandtheelectricfieldat