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研究生:李振文
研究生(外文):CHENWEN LI
論文名稱:高速矽PIN感光二極體相關之研究
論文名稱(外文):A Study of the High Speed Si PIN Photo Diode
指導教授:鄭偉鈞
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:機械工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:84
中文關鍵詞:PIN感光二極體合金熱處理矽叢聚
外文關鍵詞:PIN Photo DiodeAlloyingSilicon Cluster
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本研究針對高速PIN感光二極體,分為兩個主題:第一主題是利用不同的製程參數與元件結構設計,以達成提升試片反應速度的目的,待製程完成後,量測其RC時間常數與Tr/Tf,以此評估試片的反應速度。第二個主題中,探討蒸鍍於元件背面的鍍金薄膜,在實施熱處理(390℃30分鐘)的前後,觀察金薄膜表面型態的變化及金與矽基材間的介面反應。
實驗的結果顯示:在第一主題中,使用擴散晶片的試片擁有較低的RC時間常數,而覆蓋不透光鋁金屬層的組合可以得到最佳的Tr/Tf,故高速化設計的最佳製程參數組合為:使用矽(111)擴散晶片高阻值層厚度40μm、硼片擴散法摻雜及覆蓋不透光金屬層。在第二主題中,鍍金薄膜於實施熱處理前,於金矽的介面上,矽的擴散已經非常明顯,矽原子以30 at﹪的含量穩定存在於金膜深處,而在矽基材內金原子的含量則幾乎為零。熱處理過後,金膜的結構由層狀轉變為島狀,並在金膜中發現許多與矽基材同為鑽石結構的矽叢聚(Cluster),固溶在金膜內的矽原子維持40 at﹪的濃度,在矽基材內金原子的含量則仍幾乎為零。

For high speed PIN Photo Diode, there were two subjects in this study. In first subject, various process parameters and new structures have been used to improve the response time of photo diodes. To estimate the response time of photo diodes was done by Tr/Tf measurement and by RC time constant. In second subject, the gold film which deposited on the device with/without Alloying(390℃,30min) were investigated.
The results are as follow: In first subject, Devices without opaque Al overlayer, which have longer saturation time, could not improve the response time further. The optimum process parameter is Si (111) diffusion wafer which has a structure of 40μm high resistance layer and doping by “Boron plus wafer”, capping opaque Al overlayer. In second subject, before Alloying the interdiffusion of Si atom was very clear. The Si atom was contained stablely in about 30 at% in the Au overlayer, but the Au atom was not found in the Si substrate. After Alloying the surface of gold film had changed from continued surface to island grain. There were many Si clusters which have the same diamond structure and orientation relationship with Si substrate in Au overlayer. The concentration of Si atom was about 30 at% in the Au overlayer, and the Au atom was 0 at% in Si substrate.

第一章 前 言 1
第二章 文獻回顧 3
 2.1光電性質 3
 2.1.1光的種類 3
2.1.2能量的轉換 3
 2.2元件物理 4
 2.3響應速度 7
2.3.1影響因素 7
2.3.2上昇時間與下降時間 8
 2.4薄膜的性質 9
2.4.1薄膜的形成 9
2.4.2歐姆接觸與蕭基接觸 10
 2.5矽化合物的形成與相轉換 12
第三章 實驗方法與原理 19
 3.1實驗設計 19
3.1.1元件高速化實驗設計 19
3.1.2金矽介面研究 20
3.1.3實驗流程 21
 3.2元件製程 23
3.2.1晶片前處理 23
3.2.2起始氧化 24
3.2.3微影 24
3.2.4摻質的預沈積與趨入 27
3.2.5蝕刻 28
3.2.6蒸鍍 28
3.2.7合金融合 28
3.2.8切割 29
3.3截面TEM試片的製作 30
3.4實驗儀器與原理 31
3.4.1 Tr/Tf量測電路 31
3.4.2 X光繞射儀 32
3.4.3掃描式電子顯微鏡 34
3.4.4穿透式電子顯微鏡 34
3.4.5四點探針量測 36
第四章 結果與討論 45
 4.1電性量測 45
  4.1.1 RC時間常數 45
  4.1.2 Tr/Tf波形量測 45
4.1.3四點探針量測 46
4.1.4討論 47
 4.2 鍍金表面觀察 50
  4.2.1 XRD相鑑定 50
  4.2.2 SEM表面觀察 52
4.2.3 EDS成分分析 53
 4.3 金矽介面觀察 55
  4.3.1 TEM觀察 55
  4.3.2 EDS成分分析 57
第五章 結 論 82

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