GaAs-Al MSM器件設計及毛細力輔助飛秒激光3D微納加工.pdf

1、GaAs是Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料，具有禁帶寬度大、擊穿電壓高、抗輻照能力強、化學性能穩(wěn)定優(yōu)點。由GaAs基或GaAs直接制作的器件，在器件反應靈敏度、線性響應、綜合性能方面都有很大的優(yōu)勢。而金屬-半導體-金屬(MSM)結(jié)構(gòu)的器件因其平面型，工藝簡單，便于集成等優(yōu)點倍受青睞。因此，近年來，用GaAs材料制備的MSM光電探測器是人們研究的熱門課題之一。本文研究了GaAs基MSM器件的光電特性。首先對MSM電探測器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理進行了

2、討論，并提出了改善MSM光電探測器性能的方法;然后，使用FDTD仿真研究了Al光柵MSM探測器各項結(jié)構(gòu)參數(shù)對器件性能的影響;結(jié)果表明，A1光柵MSM探測器的性能可以與Au光柵探測器性能媲美，并且在波長為600 nm-750 nm的范圍內(nèi)，Al光柵探測器的性能比Au光柵探測器的性能更優(yōu)，另外，A1金屬價格低廉，可以大大降低生產(chǎn)成本。
　　良好的微納結(jié)構(gòu)是很多前沿科學產(chǎn)生重大突破的前提，所以探索微納結(jié)構(gòu)的制作方法目前已經(jīng)成為世界各國的

3、研究熱點。飛秒激光雙光子聚合(Two PhotonPolymerization，TPP)作為一種強大的、有潛力的三維微納加工方法，在與物質(zhì)相互作用過程中具有作用時間短、熱影響區(qū)域小、加工精度高等獨特的優(yōu)點，并可以加工多種工程材料（如聚合物、陶瓷、金屬、雜化材料等）的任意復雜的三維結(jié)構(gòu)。因此被廣泛應用在微光學器件、電子、通信、生物醫(yī)學、微流體器件、微機電系統(tǒng)、超材料等領域。利用飛秒激光直寫技術，人們已經(jīng)成功的制備了各種器件構(gòu)型的高質(zhì)量二維

4、和三維微納光子器件。
　　本文便是使用飛秒激光直寫技術加工出微柱結(jié)構(gòu)，并將毛細力自組裝作為輔助方法，制備各種復雜結(jié)構(gòu)。分析了微柱自組裝的條件:FC＞FE;均勻分布的微柱陣列受隨機缺陷和溶液蒸發(fā)過程中的不穩(wěn)定因素的影響，自組裝圖案較為隨機，為了實現(xiàn)對自組裝的控制，提出了在微柱間增加額外間距的方法。實驗結(jié)果表明，額外間距的增加可以實現(xiàn)排列均勻、有序、穩(wěn)定的自組裝結(jié)構(gòu)，并且，在自組裝范圍達到100％之前，額外間距的增加會使自組裝范圍迅速

5、增大。通過設置額外間距，制備了各種圖案結(jié)構(gòu)。研究了制備各向異性結(jié)構(gòu)的方法:前端導向蒸發(fā)方法——借助重力作用，元胞內(nèi)微柱受到的毛細力不同，待溶液完全蒸發(fā)后，便可實現(xiàn)各向異性自組裝。通過分析毛細力和彈性回復力的公式，發(fā)現(xiàn)可以在同一元胞內(nèi)加工不同高度或不同直徑的微柱，達到微柱受力不同的目標。
　　使用飛秒激光直寫制備雙層結(jié)構(gòu)，討論了底層微柱的直徑和加工時的能量對結(jié)構(gòu)的影響，分析了上層微柱在不同高度和激光能量時的自組裝情況。毛細力自組裝結(jié)