CCD器件特性與復合柵介質厚度的關系研究.pdf

1、CCD(Charge Coupled Device)是一種重要的表界面光電器件，具有體積小、高分辨率、靈敏度高、低噪聲、高動態(tài)范圍、工作電壓低等特點，在要求高幀速、高分辨率及高像素的工業(yè)、醫(yī)學及軍事等高端應用領域，CCD有著絕對的優(yōu)勢。
　　影響CCD器件電性能及力學性能的因素有很多，如器件結構、柵介質材料、介質層厚度、退火等工藝條件及環(huán)境應力等。國內外研究報道側重于改變器件結構、加工退火等工藝條件來改善器件的電參數(shù)及抗輻照性能，

2、而對復合柵介質厚度及厚度配比對CCD器件電性能和力學性能影響的研究報道較少。
　　本文主要研究復合柵介質Si3N4和SiO2厚度及厚度配比對CCD器件電性能和力學性能影響。采用ANSYS模擬研究了CCD復合柵介質結構熱應力應變；制備并測試了不同復合柵介質厚度樣品的界面態(tài)密度和力學性能；根據(jù)試驗測試結果、ANSYS模擬結果及文獻資料，分析了Si3N4和SiO2層厚度及厚度配比對CCD器件界面態(tài)、暗電流、電荷轉移效率等主要電參數(shù)和結構

3、應力應變等力學性能的影響；并從器件特性、器件工藝及可靠性的角度，分析討論了選擇合適的復合柵介質Si3N4和SiO2厚度及厚度配比的情況。具體研究內容如下：
　　CCD復合柵介質Si3N4/SiO2結構熱應力應變的模擬研究。確定了復合柵介質結構熱應力應變 ANSYS模擬方法，其中包括模型的建立、模擬流程的設定及參數(shù)的設置等，對比分析了全模型、1/4模型及2D模型的優(yōu)缺點，并驗證了模擬方法的合理性；采用ANSYS模擬了CCD復合柵介質

4、結構熱應力應變，得到了結構熱應力應變分布、應變極值、及熱應力應變與系列介質層厚度的關系；并討論了熱應力應變對 CCD復合柵介質性能、器件工藝及可靠性影響。模擬分析結果表明：各層薄膜熱應力基本恒定，與介質層厚度無關。結構整體應變呈環(huán)狀分布，應變極值位于中心；應變隨著復合柵介質厚度增大而增大，且 Si3N4厚度對應變的影響大于SiO2。
　　CCD復合柵介質器件主要電參數(shù)與 Si3N4和 SiO2厚度及厚度配比的關系研究。制備了4組不

5、同厚度配比復合柵介質7個樣品，并測試分析了其界面態(tài)參數(shù)；綜合試驗測試結果、文獻報道數(shù)據(jù)和 CCD主要電參數(shù)模型，分析了主要電參數(shù)與復合柵介質Si3N4/SiO2厚度及厚度配比的關系。研究結果表明：Si3N4/SiO2厚度為80/60的樣品工藝最穩(wěn)定，能得到較好的電性能；復合柵介質 Si3N4:SiO2厚度配比在M=1附近及M>4.5范圍較其他厚度配比區(qū)間有更好的電性能；SiO2厚度小于10~20nm、Si3N4/SiO2厚度配比M太大，

6、可能會導致界面質量不穩(wěn)定，而使器件電性能變差。
　　CCD復合柵介質結構力學性能與Si3N4和SiO2厚度及厚度配比的關系研究。測試分析了不同厚度配比復合柵介質樣品的力學性能；綜合試驗測試結果、ANSYS模擬結果和文獻報道數(shù)據(jù)，研究了復合柵介質厚度及厚度配比對結構力學性能的影響。研究結果表明：為了適度減小界面態(tài)密度，Si3N4厚度應該適當增大，SiO2膜厚度適當減小，Si3N4:SiO2厚度配比M盡量增大；但為了不影響后續(xù)光刻對準