Die hier vorgelegten experimentelle Ergebnisse zeigen die Herstellung von schwarzem Siliziumzur Anwendung in Photodioden im Bereich zwischen 200 nm und 800 nm durch Plasmabearbeitung. Berechnungen verschiedener Nanostrukturgeometrien mit der Finite-Differenzen-Methode im Zeitbereich (FDTD) werden mit Ulbrichtkugel Reflexionmessungen von physikalischen Strukturen verglichen. Die spektrale Empfindlichkeit der schwazen Siliziumphotodioden im roten Bereich (675 nm - 750 nm) treffen das 0.5 A/W Ziel. Im blauen Bereich (375 nm - 425 nm) wird eine Verbesserung von Photodioden in der Wafermitte von +0.07A/W im Vergleich zu oxidebedeckten Photodioden erreicht. Klare Unterschiede zwischen verschiedenen Spitzen der Nanostrukturen werden experimentell und theoretisch belegt. Sie sind entscheidend, um die Reflexion gering zu halten. Das Entstehen der Nanostrukturen in unserer SF6/O2 Plasmamischung wird durch dieSiliziumätzrate in Abhängigkeit von der Fluorkonzentration (mit einem veränderlichen Fuor-zu-Sauerstoff Verhältnis) in zwei Bereichen erklärt. In einem Bereich gibt es überschüssige Fluorradikalerzeugung (schwache Passivierung) und im anderen überschüssige Fluorradikalverbrauch (starke Passivierung). Dies wird experimentell gezeigt. Inhärente Ungleichmäßigkeiten in der Plasmaanlage, die ein kleines Prozessfenster mit extrem anisotropischen Nanostrukturen und nachteiliger Mitte-zu-Rand Waferuniformität ergeben, werden durch die Einführung von einem Nanoloading Schritt beseitigt. Die Siliziumoberfläche wird am Anfang mit einer Reihe von sehr uniformen Nanopfeiler geätzt. Diese Nanoloading-Maske wird anschließend mit Chemikalien, die allein keine Nanostrukturen ergeben, plasmageätzt. Die entsprechenden Ergebnisse sind isotropischer und haben Eigenschaften, die für Reflexionsabsenkung erwünscht sind. Dadurch entwickeln wir eine Abkoppelung zwischen die Abhängigkeit der erreichbaren Nanostrukturgeometrien und Plasmaanlagengeometrie. Erweitertes Nanoloading wird benutzt, um die Prozesse erfolgreich von blanken zu maskierten Scheiben zu transferieren. FDTD Ergebnisse zeigen, dass der größte Teil der Lichtabsorbtion im Bereich vom 200 nm zu 800 nm direkt in der Antireflexschicht der Nanostrukturen stattfindet. Dies ist im starken Vergleich zu der Situation mit einer normalen Antireflexschicht. Weitere FDTD Simulationenuntersuchen die Periodizität von Nanostrukturen, und zeigen deutliche Gittereigenschaften. Die ideale Breite der Strukturen für Reflexionsabsenkung wird zwischen 100 nm und 200 nm im interessanten Spektralbereich (200 nm - 800 nm) berechnet. Periodische Strukturen mit Breiten über 200 nm reflektieren Licht in verschiedene Gitterordnungen. Die ideale Strukturhöhe für vernachlässigbare Reflexion wird in diesem Bereich mindestens 500 nm. Allerdings, erweisen sich die periodischen Stuktursimulationen nicht als die richtige Methode, um die Ulbrichtkugel Messungen von physikalischen Strukturen zu beurteilen. Das Hauptproblem ist eine Überlappung zwischen Nanostrukturen (z.B. ungetrennt während eines Plasmaprozesses) stört die Zustände für Periodizität (die Diffraction in die Komponentwinkeln) entsprechend der Breite der Stukturen, und stört auch die Gradientbrechungsindex (Dadurch ist Reflexion erhöht. FDTD Simulationen werden am Besten in Übereinstimmung mit den Eigenschaften der physikalischen selbstorganisierten Nanostrukturen gebracht, wenn eine nichtperiodische Oberfläche mit einer simuliert wird. Randbedingungen für FDTD in Bezug auf Simulationen von nichtsenkrecht einfallendem Licht in 2D werden diskutiert. Dispersion im Injektionswinkel führt zu Schwierigkeiten, wenn man Rechnungen mit einer Breitbandquelle durchführen will, weil nur einfallendes Licht mit der zentralen Wellenlänge den vorgegebenen Einfallswinkel hat. Die größte und kleinste Wellenlänge im Quellspektrum zeigen die stärkste Abweichung. Alle Wellenlägen einzeln nacheinander zu simulieren würde zu einer nicht akzeptablen Rechenzeit führen. Die hier gezeigte Lösung teilt das komplette gewünschte Spektrum, in kleinere simulierbare Bänder, und ergibt ausreichende Ergebnisse und schränkt gleichzeitig Dispersionsfehler ein. Weiterhin wird es hier gezeigt, dass eine mögliche Verbesserung der winkelabhängigen PML Leistung erreichbar ist, wenn ein Gradientindex vor der PML eingeführt wird. Es wird experimentell bewiesen, dass Reflexionsabsenkung nicht immer mit ausreichenden elektrischen Eigenschaften verbunden ist, weil das Plasmaätzen um die Oberflächentopographie zu ändern auch stark die Lebensdauer der Minoritätträger wegen eines Anstieges von Rekombination durch Gitterschädigung und einer allgemeinen Vergrößerung in Oberfläche ändert.


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    Titel :

    Black silicon for photodiodes: experimentally implemented and FDTD simulated


    Beteiligte:

    Erscheinungsdatum :

    2011


    Format / Umfang :

    Online-Ressource (PDF-Datei: 167 S., 39,1 MB)


    Anmerkungen:

    Richtiger Name des Verf.: Adam Williamson
    Parallel als Druckausg. erschienen
    Langzeitarchivierung durch Thüringer Universitäts- und Landesbibliothek


    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Elektronische Ressource


    Sprache :

    Englisch



    Klassifikation :

    DDC:    661.0683 / 621.3
    BKL:    53.36 Energiedirektumwandler, elektrische Energiespeicher



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