利用金做低溫金屬誘發橫向結晶（MILC）成長應用於光電元件 ...

本論文係在研究利用金(Au)誘發非晶矽鍺(a-Si1-xGex:H)薄膜進行橫向結晶形成多晶矽 ... 論文名稱: 利用金做低溫金屬誘發橫向結晶（MILC）成長應用於光電元件的複晶矽鍺 ... 資料載入處理中... 跳到主要內容 臺灣博碩士論文加值系統 ::: 網站導覽| 首頁| 關於本站| 聯絡我們| 國圖首頁| 常見問題| 操作說明 English |FB專頁 |Mobile 免費會員 登入| 註冊 功能切換導覽列 (188.166.176.73)您好！臺灣時間：2022/06/2417:48 字體大小：       ::: 詳目顯示 recordfocus 第1筆/ 共1筆  /1頁 論文基本資料 摘要 外文摘要 目次 參考文獻 電子全文 紙本論文 QRCode 本論文永久網址: 複製永久網址Twitter研究生:王文德研究生(外文):Wen-DeWang論文名稱:利用金做低溫金屬誘發橫向結晶（MILC）成長應用於光電元件的複晶矽鍺薄膜之研究論文名稱(外文):Thestudyoflowtemperaturemetal(Au)inducedlateralcrystallization(MILC)poly-Si1-xGexthinfilmforoptoelectronicapplications指導教授:方炎坤指導教授(外文):Yean-KuenFang學位類別:碩士校院名稱:國立成功大學系所名稱:微電子工程研究所碩博士班學門:工程學門學類:電資工程學類論文種類:學術論文論文出版年:2003畢業學年度:91語文別:中文論文頁數:80中文關鍵詞:複晶矽鍺、金屬誘發結晶外文關鍵詞:Au、Poly-SiGe、MILC相關次數: 被引用:14點閱:227評分:下載:29書目收藏:2 本論文係在研究利用金(Au)誘發非晶矽鍺(a-Si1-xGex:H)薄膜進行橫向結晶形成多晶矽鍺(poly-Si1-xGex)薄膜以供光電元件用之技術。

首先利用電漿助長化學汽相沉積(PECVD)系統成長a-Si1-xGex:H薄膜，然後再利用指叉狀金屬光罩來蒸鍍或濺鍍Au及在不同的退火條件下，使a-Si1-xGex:H薄膜開始橫向結晶形成poly-Si1-xGex，此即為金屬橫向誘發結晶(MILC：MetalInducedLateralCrystallization)技術。

此技術的特點在於所成長的多晶晶粒的橫向長度大於縱向的寬度。

因此可減少橫向的晶界（GrainBoundary）數目，有利於光電元件如TFT-LCD的橫向電流傳輸。

經由實驗，吾人發現利用金誘發並在500℃及3~10小時退火條件下，其橫向結晶速度可達15.1~22μm/hr，相較於目前利用鎳Ni在500℃下退火，擁有較長的多晶晶粒（約2倍）及較快的結晶速率（約1.3倍）。

另外值得注意是，利用此技術成長之薄膜TCR值，可比於利用高溫成長之poly-Si1-xGex，因此可利用此技術取代高溫製程發展poly-Si1-xGex的紅外線熱輻射感測器，以大幅降低成本，提昇產業競爭力。

本論文以製作MSM結構光檢測器來驗證此技術成長之poly-Si1-xGex薄膜之可用性。

所發展的檢測器，在室溫下，其光/暗電流比可達到8倍之多，已達實用階段。

Thegold(Au)metalinducedlateralcrystallization(MILC)ofhydrogenatedamorphoussilicongermanium(a-Si1-xGex:H)thinfilmshavebeeninvestigatedwithvariousannealingtemperature(400∼500℃)andannealingtime(3∼10hr).After500℃,3∼10hrannealingtreatment,theMILCrateofAu-induceda-Si1-xGex:Hfilmcanbeupto22mm/hr,whichisapproximate1.3timestothatoftheconventionalNi-induced.Additionally,themaximumlengthofinducedgrainwithAu-inducedtechnologyisabout2timestotheonebytheNi-induced.Next,TheTCR(Temperaturecoefficientofresistance)oftheAu-inducedpoly-Si1-xGexiscomparabletothatofthefilmbyhightemperatureLPCVD.ThereforetheAu-inducedlowtemperatureMILCtechnologycanreplacethehightemperatureLPCVDprocesstodeveloplowcostpoly-Si1-xGexinfraredbolometer.Furthermore,aM-S-Mphoto-detectorhasbeendevelopedwiththeAu-inducedpoly-Si1-xGextoverifyusabilityofthetechnology.Experimentalresultsshowthatunderroomtemperature,theratioofphoto/darkcurrentgainis8,whichisgoodenoughforrealapplications. 中文摘要………………………………………………………………Ⅰ英文摘要………………………………………………………………Ⅱ目錄……………………………………………………………………Ⅲ圖表目錄………………………………………………………………Ⅵ第一章前言……………………………………………………………1第二章成長系統與元件製程………………………………………42-1電漿助長化學汽相沉積系統（PECVD）……………………42-2電子鎗蒸鍍系統（E-GunEvaporator）………………………62-3退火系統（AnnealSystem）…………………………………62-4矽基板之清洗（SiWaferClean）………………………………72-5製程步驟……………………………………………………7第三章金屬誘發結晶之原理………………………………………83-1金屬誘發結晶…………………………………………………83-1-1前言……………………………………………………83-1-2金屬Au誘發非晶矽薄膜之原理………………………93-1-3金屬誘發非晶矽薄膜橫向結晶之原理………………103-2金屬誘發非晶矽鍺薄膜之探討…………………………12第四章金屬誘發非晶矽鍺薄膜之特性探討……………………144-1前言………………………………………………………144-1-1製程步驟……………………………………………144-2X-Ray繞射圖對結晶品質之分析…………………………154-3拉曼光譜（RamanSpectrum）之分析…………………164-4SEM對結晶薄膜品質之分析……………………………164-5橫向結晶長度之探討………………………………………174-5-1橫向結晶長度之定義……………………………………174-5-2不同時間的橫向結晶長度探討………………………184-5-3轉角處的橫向結晶長度探討………………………………184-6氫氣流量與薄膜品質………………………………………19第五章誘發結晶薄膜之電流-電壓特性探討……………………205-1製程步驟……………………………………………………205-2薄膜的電流-電壓特性……………………………………205-3誘發結晶薄膜MSM結構光導體…………………………215-3-1工作原理……………………………………………215-3-2元件製作流程…………………………………………225-3-3電流-電壓特性…………………………………………22第六章誘發結晶薄膜之熱阻特性探討……………………………246-1前言………………………………………………………246-2熱阻之量測方法…………………………………………256-3熱阻特性之量測……………………………………………25第七章結論與未來展望……………………………………………277-1結論…………………………………………………………277-2未來展望……………………………………………………28參考文獻附表附圖誌謝與自述表一PECVD的成長參數表表二二氧化矽之成長參數圖2-1PECVD的成長系統圖圖2-2E-Gun的成長系統圖圖2-3退火系統圖圖3-1Si藉由Au誘發結晶的過程圖圖3-2金屬誘發橫向結晶示意圖圖3-3固相異質磊晶形成多晶矽鍺薄膜示意圖圖3-4金屬Ni誘發非晶矽鍺薄膜SEM圖圖4-1金屬誘發橫向結晶（MILC）的流程圖圖4-2金屬誘發結晶在不同退火溫度之X-ray繞射圖圖4-3在T=500℃下，不同退火時間之X-ray繞射圖圖4-4n-type、p-type在T＝500℃下，退火5小時的X-ray繞射圖圖4-5非晶矽鍺薄膜退火前與退火後之拉曼光譜圖4-6金屬誘發結晶（MIC）的實驗結果之SEM照片圖4-7利用指叉狀光罩進行金屬誘發橫向結晶（MILC）圖4-8金屬誘發橫向結晶(MILC)之SEM照片圖4-9定義橫向結晶（MILC）之結晶長度圖4-10不同退火時間與誘發金屬之MILC長度圖4-11在轉角處所橫向誘發的情形圖4-12氫氣流量太少時，薄膜表面SEM圖圖5-1多晶矽鍺與非晶矽鍺阻抗之示意圖圖5-2不同退火溫度之薄膜電流-電壓特性圖圖5-3在T＝500℃下，不同退火時間之電流-電壓特性圖5-4不同溫度，薄膜片阻值與退火時間之關係圖圖5-5MSM結構製作流程與等效電路圖圖5-6暗電流對溫度之關係圖5-7光電流對溫度之關係（光源為0.5mW，400-900nm）圖5-8不同溫度下，光電流和暗電流之比圖5-9（a）在室溫下，不同波長光源照射下之光電流變化圖5-9（b）在50℃下，不同波長光源照射下之光電流變化圖5-9（c）在75℃下，不同波長光源照射下之光電流變化圖5-9（d）在100℃下，不同波長光源照射下之光電流變化圖5-10不同溫度與波長光源照射下之光暗電流比圖6-1測輻射熱感測器之基本架構圖6-2測量熱阻電阻值之電路圖圖6-3量測熱阻之設備圖圖6-4熱阻電阻值與溫度的關係 [1]Jyh-JierHo,Y.K.Fang,K.H.WuandS.C.Huang,M.S.JuandJing-JennLin,“High-speedAmorphousSiliconGermaniumInfraredSensorsPreparedonCrystallineSiliconSubstrates”,IEEETrans.onElectronDevices,Vol.45,No.9,pp.2085-2088,Sept.(1998).[2]Jyh-JierHo,Y.K.Fang,K.H.Wu,andC.S.Tsai,“High-gainp-i-ninfraredphotosensorswithBraggreflectorsonamorphoussiliconalloy,”Appl.Phys.Lett.,.70(7),pp.826-828,17Feb.(1997).[3]Y.V.Pomoarev,C.Salm,J.Schmitz,P.H.Woerlec,andD.J.Graveestijn,“High-PerformanceDeepSubmicronMOSTsWithPolycrystallic-(Si,Ge)Gates”,Proceedingof1997InternationalSymposiumonVLSITechnology,SystemsandApplication,1997.[4]YouriV.Pomoarev,PeterA.Stolk,andCoraSalm,“High-PerformanceDeepSubmicronCMOSTechnologyWithPolycrystallicSiGeGates”,IEEETrans.ElectronDevices,Vol.47,NO.4pp.848-855,2000.[5]C.Salm,D.T.vanVeen,D.T.Gravestijn,J.Holleman,andP.H.Woerlee,“DiffusionandElectricalPropertiesofBoronandArsenicDopedPoly-SiandPoly-SixGe1-x(x~0.3)asGateMaterialforSub-0.25umComplementaryMetalOxideSemiconductorApplications”,J.Electrochem.Soc.,Vol.144,No.10,pp.3665-3673,1997.[6]Tsu-JaeKingandKrishnaC.Saraswat,”PolycrystallineSilicon-GermaniumThin-FilmTransistors”,IEEETrans.ElectronDevices,Vol.41,No.9,pp.1581-1591,1994.[7]JulieA.Tsai,AndrewT.Tang,TakashiNoguchi,andRafaelReif,”EffectsofGeonMaterialandElectricalPropertiesofPolycrystallineSixGe1-xThin-FilmTransistors”,J.Electrochem.Soc.,Vol.142,No.9,pp.3220-3225,1995.[8]P.VanGerwen,T.Salter,J.B.Chevrier,K.Baert,andR.Mertens,“Thin-filmboron-dopedPolycrystallineSi70%-Ge70%forthermopiles”,SensorsandActuatorsA.53pp.325-329,1996.[9]SherifSedky,PaoloFiorini,MattyCaymax,AgnesVerbistandChrisBaert,“IRbolometermadeofPolycrystallinesilicongermanium”,SensorsandActuatorsA.66pp.193-199,1998.[10]SherifSedky,PaoloFiorini,ChrisBaert,LouHermansandRobertMertens,”CharacterizationandOptimizationofInfraredPolySiGeBolometer”,IEEETransactionsonElectronDevices,Vol.46,No.4,April,pp.675-682,1999.[11]H.C.Lin,C.Y.Chang,W.H.Chen,W.C.Chang,T.G.JungandH.Y.Lin,“EffectsofSiH4,GeH4andB2H6ontheNucleationandDepositionofPolycrystallineSixGe1-xFilm”,J.Electrochem.Soc.,Vol.141,No.9,pp.2559-2563,1994.[12]Seong-MinChoe,Jeong-AhAhnandOhyumKim,“FabractionofLaser-AnnealedPoly-TFTbyFormingaSixGe1-xThermalBarrier”,IEEEElectronDeviceLetters,Vol.22,No.3,March2001.[13]Seok-WoonLee,Yoo-ChanJeonandSeung-KiJoo,“PdinducedlateralcrystallizationofamorphousSithinfilms”,Appl.Phys.Lett.,66(13),27,pp1671-1673,March1995.[14]JaeYoung,KiHyungKimandChaeOkKim,“LowtemperaturemetalinducedcrystallizationofamorphoussiliconusingaNisolution:,J.Appl.Phys.,82(11),pp.5865-5867,December1997.[15]范盛宏、方炎坤，“金誘發非晶矽橫向結晶層之研製及特性分析”，國立成功大學電機工程學系碩士論文，民88年6月。

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