بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از سیلیکون متخلخل به عنوان راهکاري جهت افزایش کارآئی کوآنتومی آشکارساز حرارتی PtSi/Si پیشنهاد شده است، در این گزارش نمونه هاي سیلیکون متخلخل در ابعاد دیواره نانومتري و میکرومتري جهت ساخت آشکارساز دیود شاتکی PtSi/p-Si استفاده شده است و نتایج مورد بررسی قرار گرفته است.
با اندازِهگیري پاسخ طیفی نمونهِها، نمونه با تخلخل میکرومتري به طول موجهاي 1/5-2 μm بیشترین پاسخ طیفی را دارا بود، در حالیکه نمونهِهایی با تخلخل نانومتري به طول موجهاي 1/5-2 μm و 4/5-5 μm حساستر می باشند. همچنین کارآئی کوآنتومی نمونه با تخلخل نانوئی در طول موجهاي کوچکتر از 2/5 μm و بزرگتر از 4/5 μm بیشتر از نمونه با تخلخل میکرومتري مشاهده شد . .جابجایی آشکارسازي طیفی در نمونه هاي متخلخل به افزایش تراکم ترازهاي سطحی، شدت میدان الکتریکی در ناحیه تهی، عمق تخلخل، و باز مهندسی ترازها در نمونه ها مربوط میشود.
مقدمه
آشکارساز PtSi/Si به طور گسترده اي به عنوان آشکارساز حرارتی در بازه 3-5 μm به کار می رود، هر چند که کارآئی کوآنتومی این آشکارساز در این بازه بسیار کم گزارش شده است[1]، اما سادگی ساخت، نوفه کم و قابلیت هیبرید شدن با مدارات مجتمع سیلیکونی باعث استفاده فراوان این آشکارساز گردیده است لذا تلاشهاي زیادي در جهت افزایش کارآئی کوآنتومی این آشکارساز صورت گرفته است.
آشکارسازPtSi/Si با نشاندن لایه پلاتین بر روي سیلیکون و انجام عملیات حرارتی مناسب تهیه می گردد، و از این دیود شاتکی در ناحیه بایاس معکوس استفاده می شود5]،. [6 با تابش نور IR، فوتونها به فلز اتصال شاتکیPtSi می رسند و چنانچه فوتونها انرژي و اندازه حرکت مناسب را دارا باشند در برخورد با لایه سیلیساید زوج الکترون-حفره ایجاد می شود. حفره -هاي ایجاد شده در صورت عدم بازترکیب به نیمه هادي منتقل شده و باعث افزایش جریان با یاس معکوس می شوند. - شکل - 1 و به این طریق آشکارسازي صورت می گیرد
شکل: 1 برخورد فوتون با لایه سیلیساید و تولید زوج الکترون- حفره
نتایج تجربی
در این گزارش از سیلیکون متخلخل جهت ساخت آشکارساز PtSi/Si استفاده شده است، و با استفاده از ساختار تخلخل با ابعاد دیواره نانو و میکرومتري مشخصه آشکارساز بررسی شده است. ساختار متخلخل پس از تمیز کاري ویفر - نوع <100> P - r 17-33 Ω/ cm به روش الکتروشیمیایی با محلول HF : C2 HSOH : H 2O 1:2:1 تحت جریان و مدت زمان معین در دماي 40 °C ایجاد شده است
در این روش با استفاده از رسوب الکتروشیمیایی از حمام آبکاري کلرور با الکترولیتی حاوي اسید کلرور پلاتین ، فسفات آمونیم، فسفات دي سدیم با قطب آند پلاتین و قطب کاتد سیلیکون لایه نشانی پلاتین انجام می شود[7] ، سپس نمونه هاي لایه نشانی شده به مدت30 دقیقه در دماي 500 °C تحت عملیات حرارتی جهت تشکیل لایه سیلیساید قرار گرفتند.
جریان تاریکی - اشباع معکوس - نمونه ها در شرایط یکسان در دماي 77 °K - دماي ازت مایع - با دستگاه HP4450 Semiconductor analyzer اندازه گیري شد. شکل 3 میزان تغییر جریان اشباع معکوس نمونه هاي ptsi/si با تخلخل میکرو و نانو را نشان میدهد که نور تابیده شده با گذر از فیلتر نوري با گذردهی طول موج λ 1/3 μm نشان میدهد. - جهت مشاهده بهتر نتایج جریان اشباع معکوس از ربع سوم به ربع اول انتقال داده شده است. شکل راست نمونه متخلخل میکروئی، شکل چپ نمونه متخلخل نانوئی -
شکل ⊕ :3 منحنی جریان تاریک بر حسب ولتاژ در ناحیه بایاس معکوس
- A - منحنی جریان روشنائی در ناحیه بایاس معکوس با عبور از فیلتر .1/3 μm
تغییر جریان ایجاد شده در قطعه با تابش نور با استفاده از فیلترهاي مختلف اندازه گیري شد، منحنی پاسخ طیفی قطعات به درصد در شکل ۴ نشان داده شده است.
شکلA:2 :شماي ساختار متخلخل با ابعاد دیواره میکرومتري ،چگالی جریان 78/5 mA - - ،مدت زمان آنودایز - 15دقیقه - : B ساختار متخلخل با ابعاد دیواره cm2 نانومتري ،چگالی جریان - 152 mA - ، مدت زمان آنودایز - 42دقیقه - cm2
شکل : A : 4 پاسخ طیفی نمونهPtSi/p-Si با تخلخل ساختارA
: B پاسخ طیفی نمونهPtSi/p-Si با تخلخل ساختارB
روي قطعات سیلیکون متخلخل ایجاد شده پس از تمیز کاري مجدد، لایه نشانی پلاتین به روش الکتروشیمیایی انجام شده μm 1/5-2 ملاحظه می شود که نمونههاي متخلخل به بازه بیشترین پاسخ طیفی را دارند که این میزان نسبت به بیشینه پاسخ طیفی در PtSi/Si معمولی کمی بیشتر است. در گزارشهاي قبلی تغییرات پاسخ طیفی را با تغییر پهناي باند ممنوع انرژي به واسطه ایجاد تخلخل تحلیل کرده اند
شکل:5منحنی بازدهی کوآنتومی نسبت به طول موج فوتون تابیده شده براي قطعات PtSi/Si با تخلخل نوع - - - میکرومتري، - - *نانومتري - شکل - 2 مشاهده می شود که بازدهی کوآنتومی نمونه PtSi/p-Si با
تخلخل نانومتري در طول موجهاي کوچکتر از 2/5 μm و بزرگتر از 4/5 μm بیشتر از قطعه با تخلخل میکرومتري است. در گزارشهاي قبلی افزایش کارآئی کوآنتومی نمونه هاي PtSi/Si متخلخل را با توصیف ایجاد کاواك و پدیده شکست بهمنی توجیه کرده اند
ولی اگر پدیده ایجاد کاواك و بازگشت فوتونهاي بازتابیده شده از سطح عامل غالب در افزایش کارآئی کوآنتومی بود، می بایست کارآئی کوآنتومی فقط در فوتونهایی با انرژي بالا یا پائین افزایش می یافت، لذا افزایش کارآئی کوآنتومی تنها با احتمال ایجاد کاواك توجیه پذیر نمی باشد. احتمال می رود دلایل دیگري نیز در این موضوع دخیل باشند از جمله اینکه تخلخل سبب سست شدن اتمهاي سطح و در نتیجه افزایش نوسانات اتمها میگردد، زیرا همانطور که میدانیم هر اتم si در ساخنار سیلیکون با چهار اتم si پیوند دارد به جزء لایه هاي سطحی که به دلیل عدم وجود اتم si در سطح پیوندهاي ناقص دارند و هر چه این سطح تخریب شده و بزرگتر شود چگالی ترازهاي سطحی افزایش مییابد.
هنگامی که ابعاد تخلخل به نانومتر میل می کند در این صورت ما داراي بینهایت چاه کوانتومی خواهیم بود که به واسطه حضور آنها یک باز مهندسی از ترازها به وجود خواهد آمد در نتیجه جذب فوتون در مینی باندهاي ناشی از اجتماع ترازهاي داخل چاههاي کوانتومی در داخل باند ظرفیت و گذار به مینی باند دیگر در باند رسانش خواهیم داشت که بهره کوانتومی را افزایش می دهد.
