CCD器件特性與復(fù)合柵介質(zhì)厚度的關(guān)系研究.pdf

1、CCD(Charge Coupled Device)是一種重要的表界面光電器件，具有體積小、高分辨率、靈敏度高、低噪聲、高動(dòng)態(tài)范圍、工作電壓低等特點(diǎn)，在要求高幀速、高分辨率及高像素的工業(yè)、醫(yī)學(xué)及軍事等高端應(yīng)用領(lǐng)域，CCD有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。
　　影響CCD器件電性能及力學(xué)性能的因素有很多，如器件結(jié)構(gòu)、柵介質(zhì)材料、介質(zhì)層厚度、退火等工藝條件及環(huán)境應(yīng)力等。國(guó)內(nèi)外研究報(bào)道側(cè)重于改變器件結(jié)構(gòu)、加工退火等工藝條件來(lái)改善器件的電參數(shù)及抗輻照性能，

2、而對(duì)復(fù)合柵介質(zhì)厚度及厚度配比對(duì)CCD器件電性能和力學(xué)性能影響的研究報(bào)道較少。
　　本文主要研究復(fù)合柵介質(zhì)Si3N4和SiO2厚度及厚度配比對(duì)CCD器件電性能和力學(xué)性能影響。采用ANSYS模擬研究了CCD復(fù)合柵介質(zhì)結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力應(yīng)變；制備并測(cè)試了不同復(fù)合柵介質(zhì)厚度樣品的界面態(tài)密度和力學(xué)性能；根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果、ANSYS模擬結(jié)果及文獻(xiàn)資料，分析了Si3N4和SiO2層厚度及厚度配比對(duì)CCD器件界面態(tài)、暗電流、電荷轉(zhuǎn)移效率等主要電參數(shù)和結(jié)構(gòu)

3、應(yīng)力應(yīng)變等力學(xué)性能的影響；并從器件特性、器件工藝及可靠性的角度，分析討論了選擇合適的復(fù)合柵介質(zhì)Si3N4和SiO2厚度及厚度配比的情況。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　CCD復(fù)合柵介質(zhì)Si3N4/SiO2結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力應(yīng)變的模擬研究。確定了復(fù)合柵介質(zhì)結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力應(yīng)變 ANSYS模擬方法，其中包括模型的建立、模擬流程的設(shè)定及參數(shù)的設(shè)置等，對(duì)比分析了全模型、1/4模型及2D模型的優(yōu)缺點(diǎn)，并驗(yàn)證了模擬方法的合理性；采用ANSYS模擬了CCD復(fù)合柵介質(zhì)

4、結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力應(yīng)變，得到了結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力應(yīng)變分布、應(yīng)變極值、及熱應(yīng)力應(yīng)變與系列介質(zhì)層厚度的關(guān)系；并討論了熱應(yīng)力應(yīng)變對(duì) CCD復(fù)合柵介質(zhì)性能、器件工藝及可靠性影響。模擬分析結(jié)果表明：各層薄膜熱應(yīng)力基本恒定，與介質(zhì)層厚度無(wú)關(guān)。結(jié)構(gòu)整體應(yīng)變呈環(huán)狀分布，應(yīng)變極值位于中心；應(yīng)變隨著復(fù)合柵介質(zhì)厚度增大而增大，且 Si3N4厚度對(duì)應(yīng)變的影響大于SiO2。
　　CCD復(fù)合柵介質(zhì)器件主要電參數(shù)與 Si3N4和 SiO2厚度及厚度配比的關(guān)系研究。制備了4組不

5、同厚度配比復(fù)合柵介質(zhì)7個(gè)樣品，并測(cè)試分析了其界面態(tài)參數(shù)；綜合試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果、文獻(xiàn)報(bào)道數(shù)據(jù)和 CCD主要電參數(shù)模型，分析了主要電參數(shù)與復(fù)合柵介質(zhì)Si3N4/SiO2厚度及厚度配比的關(guān)系。研究結(jié)果表明：Si3N4/SiO2厚度為80/60的樣品工藝最穩(wěn)定，能得到較好的電性能；復(fù)合柵介質(zhì) Si3N4:SiO2厚度配比在M=1附近及M>4.5范圍較其他厚度配比區(qū)間有更好的電性能；SiO2厚度小于10~20nm、Si3N4/SiO2厚度配比M太大，

6、可能會(huì)導(dǎo)致界面質(zhì)量不穩(wěn)定，而使器件電性能變差。
　　CCD復(fù)合柵介質(zhì)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能與Si3N4和SiO2厚度及厚度配比的關(guān)系研究。測(cè)試分析了不同厚度配比復(fù)合柵介質(zhì)樣品的力學(xué)性能；綜合試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果、ANSYS模擬結(jié)果和文獻(xiàn)報(bào)道數(shù)據(jù)，研究了復(fù)合柵介質(zhì)厚度及厚度配比對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明：為了適度減小界面態(tài)密度，Si3N4厚度應(yīng)該適當(dāng)增大，SiO2膜厚度適當(dāng)減小，Si3N4:SiO2厚度配比M盡量增大；但為了不影響后續(xù)光刻對(duì)準(zhǔn)