b. QWIPdang truyền tải đến vùng năng lượng cực tiểu (miniband transport).ở
2.2.4. Đặc trưng nhiễu
Nhiễu của detector InSb bao gồm nhiễu l / f , gây ra bởi nhiễu dịng điện; nhiễu
g-r (generation-recombination noise: nhiễu sinh - tái hợp gây ra bởi sự sinh và
tái hợp của điện tử và lỗ trống); nhiễu Johnson. Nhiễu l/f chiếm ưu thế trong
vùng tần số thấp và nhiễu g-r chiếm ưu thế trong vùng tần số cao hơn.
Chương 3
NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO DETECTOR InSb 3.1Chế tao mẫu Sơ
đồ các bước chế tạo mẫu
4 8
4 9
Mau được chế tạo dựa trên 1 phiến bán dẫn InSb tinh khiết ban đầu cĩ thơng số kỹ thuật được nêu ở bảng 3.1, sau đĩ ừải qua các quá trình xử lý hố, làm sạch, quang khắc, ăn mịn để tạo cấu trúc quang trở như dưới đây:
Bảng 3.1. Thơng số kỹ thuật phiến InSb dùng chế tạo linh kiện quang trở 2" InSb wafer (N type, undoped)
. Kích thước: 2" dia X 0.5mm thick
. Định hướng: <100> +/-0.2° hai chiều
. Đánh bĩng: đánh bĩng một mặt bên (mặt sau khắc)
Bảo quản trong Nitơ lỏng ừong phịng sạch Đĩng gĩi:
Thuơc tính
* Phương pháp chế tạo, nuơi cấy:
* Định hướng * Định hướng Flat * Pha tạp * Loại bán dẫn * Nồng độ hạt dẫn * Độ linh động EPD 3.1.1 Xử lý hố học bề mặt phiến
Các phiến InSb được cung cấp bởi nhà sản xuất thường được đánh bĩng như gương 1 hoặc 2 mặt. Chúng được phủ bỏi một lớp keo gốc dầu mỏ để bảo yệ và cĩ thể dễ dàng tẩy đi khi gia cơng. Phương pháp tẩy lớp keo này là sơi 2 đến 3 lần trong các dung dịch hữu cơ cĩ thảnh phần khác nhau.
Cĩ 3 họp chất dùng để làm sạch phiến InSb. càn phải thiết kế một bộ giữ mẫu và sử dụng trong suốt quá trình ăn mịn tiếp theo. Ba chất ăn mịn được kiểm tra và quá trình xử lý chi tiết được trình bày ở Bảng 3.1.
LEC (100) +/-0.2° (110) 0.2° (110) Khơng pha tạp Bán dẫn loại N 2xl014 ở 77K /cm3 >4xl05 cm2/ y.s -2 <300cm
r ^
Bảng 3.1: Chi tiêt vê các phương pháp xử lý theo 3 phương pháp
Phương pháp 1 CP4 ở tỉ lệ Phương pháp 2 CP4 ở tỉ lệ Phương pháp 3 Iondined -methanol
1 .An mịn trong dung dịch CP4 trong thời gian 3s
1. An mịn trong dung dịch CP4A trong thời gian 2 phút
1. An mịn trong dung dịch methanol trong thời gian 30 phút
2. Rửa trong nước khử i- on 3 phút
2. Rửa trong nước khử i- on 3 phút
2. Rửa trong cơn 3 phút
3. Rửa trong cơn 3 phút 3. Rửa trong cơn 3 phút 3. An mịn trong HF 30s
4. Xì khơ băng khí N2 4. Xì khơ băng khí N2 4. Rửa trong cơn 3 phút
5. Xì khơ băng khí N2
Hình thái bề mặt
Sau khi ăn mịn phiến InSb, chúng tơi sử dụng hệ Alpha-Step IQ đặt tại
trung tâm ITIMS, Đại học Bách Khoa Hà nội để nghiên cứu độ nhám bề mặt. Kết quả được biểu diễn qua Bảng 2.3. số liệu chỉ ra 2 phương pháp tốt nhất để đạt được độ đồng đều bề mặt sau ăn mịn.
^ r
Bảng 3.2:Độ nhám bê mặt phiên sau khi làm sạch, đem vị đo fim
Thử nghiệm 1 Thử nghiệm 2 Thử nghiệm 3 Lây trung bình Mâu khảo sát
Phương pháp 1 0.61 0.51 0.71 0.61
Phương pháp 2 0.0008 0.00018 0.0004 0.001
Cụ thể tốc độ ăn mịn cho phương pháp 1 là 20|im/s, cho phương pháp 2 là 0.1|im/s và phương pháp 3 là 20|im/s. Rõ ràng phương pháp 2 cho kết quả tốt hơn các phương pháp khác. Kết quả phân tích SEM cũng chỉ ra bề mặt dùng dung dịch CP4A nhẵn hơn các phương pháp khác.
3.1.2 Làm sạch
Các tấm được làm sạch kế theo mỗi xử lí hĩa học ướt dùng nước siêu tính khiết, song các dư thừa cũng được loại bỏ sau các quá trình khác bằng kỹ thuật làm sạch. Vì lí do đĩ mà cĩ nhiều kỹ thuật làm sạch khác nhau cho mỗi loại ơ nhiễm. Trong nước siêu tinh khiết gần như khơng cĩ ơ nhiễm, 1-2 phần trên một triệu (ppm) là cho phép.
- Sau đĩ sấy khơ phiến bằng máy sấy
3.1.3 Tạo lớp tiếp xúc Ohmỉc
- Sau khi được làm sạch, bề mặt phiến được phủ một lớp kim loại In bằng phương pháp phún xạ Cathode hoặc bốc bay bằng chùm tia điện tà trong chân khơng để tạo lớp tiếp xúc Ohmic
3.1.3.1 Phương pháp bốc bay nhiệt
Bay bốc nhiệt (Thermal evaporation) hoặc bay bốc nhiệt ừong chân khơng là kỹ thuật tạo màng mỏng bằng cách bay hơi các vật liệu cần tạo trong mơi trường chân khơng cao và ngưng tụ trên đế (được đốt nĩng hoặc khơng đốt nĩng). Kỹ thuật này đơi khi cịn được gọi là bay hơi trong chân khơng nhưng ít dùng hơn.
* Nguyên lý của hệ bay bốc nhiệt:
Bộ phận chính của các thiết bị bay bốc nhiệt là một buồng chân khơng
được hút chân khơng cao (cỡ 10' - 10'5 6 Torr) nhờ các bơm chân khơng (bơm
khuếch tán hoặc bơm phân tử...). Người ta dùng một thuyền điện trở (thường làm bằng các vật liệu chịu nhiệt và ít tương tác với vật liệu, ví dụ như vơnphram, tantan, bạch kim...) đốt nĩng chảy các vật liệu nguồn, và sau đĩ tiếp tục đốt sao cho vật liệu bay hơi.
Vật liệu bay hơi sẽ ngưng đọng lên các đế được gắn vào giá phía trên. Đồi khi đế cịn được đốt nĩng (tùy theo mục đích tạo màng tinh thể hay vơ định hình...) để điều khiển các quá trình lắng đọng của vật liệu trên màng. Chiều dày của màng thường được xác định trực tiếp ừong quá trình chế tạo bằng biến tử thạch anh. Khi màng bay hơi sẽ bám lên biến tử đặt cạnh đế, biến thiên tản số dao động của biến tử sẽ tỉ lệ với chiều dày của màng bám vào biến tử.[17]
^ Chuồng chân khơng
Giá C]ắn mẫu và lị đũi nĩng đế
Cảm biến đo chiều dày Đế
Vật liệu bay hơi
\ ______Thuyền điện trở Thiết bị hút chân khơng cao (lị đữt) Hình 3,1. Sơ để nguyên lý hệ bắc bay nhiệt 3,13.2 Phương pháp phún xạ catot
Khác với phương pháp bay bốc nhiệt, phún xạ khơng làm cho vật liệu bị bay hơi do đốt nống mà thực chất quá trình phun xạ là quá trình truyền động năng. Vật liệu nguồn được tạo thành dạng các tấm bia (target) và được đặt tại điện cực (thường là cathode), trong buồng được hút chân khơng cao và nạp khí
hiếm với áp suất thấp (cỡ 10 2 mbar). Dưới tác dụng của điện trường, các
nguyên tử khí hiếm bị ion hĩa, tăng tốc và chuyển động về phía bia với tốc độ lớn và bắn phá bề mặt bia, truyền động năng cho các nguyên tử vật liệu tại bề mặt bia. Các nguyên tử được truyền động năng sẽ bay về phía đế vàlắng đọng trên đế. Các nguyên tử này được gọi là các nguyên tử bị phún xạ. Như vậy, cơ chế của quá trình phún xạ là va chạm và trao đổi xung lượng, hồn tồn khác với cơ chế của phương pháp bay bốc nhiệt trong chân khơng [17]
Hình 3.2,Nguyên lý của quá trình phún xạ
3.1.4 Quang khắc
3.1.4.1 Định nghĩa
Quang khắc (hay photolithography) là kĩ thuật sử dụng trong cơng nghệ bán dẫn và cơng nghệ vật liệu, nhằm tạo ra các chi tiết của vật liệu với hình dạng và kích thước xác định, bằng cách sử dụng bức xạ ánh sáng làm biến đổi
ĐếMSb
Bia vật liêu ắng đọng
các chất cảm quang phủ ữên bề mặt vật liệu. Do ảnh hưởng của nhiễu xạánh sáng nên phương pháp quang khắc khơng cho phép tạo các chỉ tiết nhỏ hơn micro mét, vì vậy phương pháp này cịn được gọi là quang khắc micro (micro photolithography).
Quang khắc là tập hợp các quá trình quang hốa nhằm thu được các phầntử trên bề mặt của đế cĩ hình dạng và kích thước xác định. Như vậy, quang khắc sử dụng các phản ứng quang hĩa để tạo hình.
Bề mặt của đế sau khi xử lý được phủ một họp chất hữu cơ gọi là chất
cảm quang (photoresist). Chất cảm quang cĩ tính chất nhạy quang, bền ttong
các mơi trường kiềm hay axit. Cảm quang cĩ vai trị bảo vệ các chi tiết của vật liệu khỏi bị ăn mịn dưới các tác dụng của ăn mịn hoặc tạo ra các khe rãnh cĩ hình dạng của các chi tiết càn chế tạo. Cảm quang thường được phủ lên bề mặt tấm bằng kỹ thuật quay phủ (spin-coating).
Cảm quang được phân làm 2 loại:
• Cảm quang dương: Chất cảm quang sau khi bị ánh sáng chiếu vào sẽ bị hịa tan trong các dung dịch tráng rửa.
. Cảm quang âm: Chất cảm quang sau khi ánh sáng chiếu vào thì khơng bị hịa tan trong các dung dịch tráng rửa.
áiứi sáng ánh sáng