Physical characterristics and applications of nanometer thin boron-on-solicon layers in silicon detector devices : doctoral thesis - Knežević, Tihomir (T. Knežević, 2017)
Depozicija ultra-tankih slojeva čistog amorfnog bora (PureB) direktno na silicijsku podlogu upotrijebljena je za proizvodnju različitih silicijskih poluvodičkih elemenata koji imaju I-U karakteristike s faktorom idealnosti 1 i nisku tamnu struju uz izvrsnu osjetljivost, stabilnost i robusnost. U ovoj doktorskoj disertaciji, PureB slojevi su analizirani metodama karakterizacije poput spektroskopije s foto-emisijom X-zraka i spektroskopske elipsometrije. Iscrpna električka karakterizacija napravljena je na poluvodičkim elementima s PureB slojevima pri temperaturama od sobne do 77 K koja karakterizira sustav s tekućim dušikom čime je identificiran transport nosilaca kroz PureB sloj i preko PureB-silicijskog međuspoja. Glavni mehanizam transporta kroz PureB sloj odvija se vođenjem s varijabilnim skokovima (variable range hopping conduction). Za ultra-tanke PureB slojeve s debljinama manjim od 2 nm, šupljine mogu tunelirati do aluminijskog kontakta koji se uobičajeno koristi na PureB slojevima. Efektivno blokiranje struje elektrona iz podloge omogućeno je slojem šupljina na PureB/Si međuspoju. Informacije o fizikalnim i električkim karakteristikama slojeva PureB-a na siliciju su iskorištene za razvoj električkog modela PureB sloja i međuspoja sa silicijem. Navedeni model iskorišten je u TCAD softwareu za simuliranje poluvodičkih elemenata (TCAD - technology computer aided design) pomoću kojega je moguće predlagati i simulirati nove strukture fotodioda koje omogućavaju integraciju PureB slojeva u svrhu iskorištenja atraktivnih električkih i optičkih karakteristika tog sloja. Detaljna TCAD analiza napravljena je na: optimizaciji zaštitnih prstenova elemenata s PureB slojevima; optimizaciji geometrije dioda s mogućnošću detekcije jednog fotona temeljenoj na lavinskoj multiplikaciji (SPAD - single photon avalanche diode); smanjivanju indirektnog optičkog preslušavanja kod SPAD nizova; novim drift detektorima s driftnim poljem definiranim pomoću žljebova prekrivenih PureB slojem. Ključne riječi: PureB, karakterizacija materijala, fotoemisija X-zrakama, XPS, spektroskopska elipsometrija, električka karakterizacija, nisko-temperaturna mjerenja, PureB model, tuneliranje, optimizacija zaštitnih prstenova, periferni efekti, detektori za detekciju jednog fotona temeljenih na lavinskoj multiplikaciji, SPAD, modeliranje brzine generacije tamnih impulsa, DCR, 2D DCR, indirektno optičko preslušavanje, drift detektori.