張正陽

本論文提出三種不同結構的 850nm 光源之矽基光檢測器(Si-based Photodetector),不 但有低溫(室溫)製程與製作簡易之優點,更可藉由調變薄膜厚度提升光偵測器之效能, 並成功將所研究之光檢測器整合於矽基光學波導平台系統,未來對於微機電系統整合具 有極大的潛力。微機電系統(MEMS)為現在產業趨勢,目前系統中之主動元件常見材料 為三五族化合物、鍺(Ge)等,但其有高成本與整合困難等缺點,因此研發矽基光偵測元 件製作成本較低、製程技術也非常成熟,而且容易達到積體化及微小化。 本研究以金屬-半導體-金屬(Metal-Semiconductor-Metal, MSM)結構矽基光偵測器為 主軸。光偵測器元件退火方式進行優化,但我們利用直流式真空濺鍍系統(DC sputter system )於室溫環境下成長透明導電膜氧化銦錫(In2O3:Sn ,ITO),並製作成元件。此材料 兼具抗反射和有效收集載子等特性,搭配最佳抗反射層厚度得到 0.63 A/W 的光響應。 為了提高訊雜比、降低暗電流且不影響光響應的情況下,針對 MSM 結構進行優化,方 法為於氧化銦錫和矽基板間插入一層 5nm 的二氧化矽形成金屬-絕緣體-半導體(Metal- Insulator-Semiconductor, MIS)結構,插入絕緣層可使蕭基特能障由 0.53 eV (SiO2=0nm)提 升至 0.64eV (SiO2=5nm),使暗電流降低兩個數量級,光暗電流訊雜比由 13.7 提升至 309, 光響應為 0.51 A/W。而本實驗為了配合矽基光學波導平台內的高分子聚合物,使用 120 oC、2 分鐘退火參數優化 MIS 光偵測器,使暗電流密度由 1.89