OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE NITRURO DE SILICIO COMO CAPA ANTIRREFLECTANTE PARA DISPOSITIVOS OPTOELECTRÓNICOS, Gerald Soto, CRF 2010-1, (2do Parcial).)

Las capas antirreflectantes son comúnmente usadas en las componentes de los sistemas ópticos y en dispositivos optoelectrónicos como los detectores de radiación. En este trabajo presentamos la obtención de Nitruro de Silicio a partir de depósito químico en fase vapor asistido por plasma (PECVD), y su caracterización. La obtención de este material tiene la ventaja de llevarse a cabo dentro del mismo proceso de fabricación de dispositivos optoelectrónicos, por lo que se evita cualquier contaminación. La reflectividad alcanzada con esta capa es del 99 % para el valor de longitud de onda donde se optimiza el grosor de la capa, y de 96 %, al menos, para longitudes de onda diferentes. Se muestra la variación de reflectividad para el caso en que la incidencia de la radiación no sea perpendicular a la superficie.

El presente trabajo se generó durante la fabricación de un detector de radiación infrarroja, basado en la generación de una barrera Schottky entre Silicio cristalino y una aleación amorfa de Silicio Germanio (a-SiGe) [1] obtenida por el método de depósito químico asistido por plasma (PECVD) [2]. El esquema general de este dispositivo es mostrado en la figura 1. El detector es iluminado por su cara trasera, donde tenemos a la oblea de silicio, con un índice de refracción de 3.5, y una reflectividad de más del 50 % en el intervalo entre 0.5 y 5 μm; por lo que es necesario el uso de capas antirreflectantes para lograr un mejor acoplamiento de la radiación incidente dentro del detector, o dicho de otra manera, disminuir la reflectividad de la interfaz Silicio-aire.

Una gran variedad de materiales pueden ser usados como capas antirreflectantes, sin embargo, nuestro problema fundamental radica en el hecho de que la capa de SiGe es altamente oxidante una vez que entra en contacto con el medio ambiente. Por eso necesitábamos un material que pudiese ser depositado durante el proceso de fabricación del dispositivo, de preferencia, depositado por el mismo método que la capa amorfa, para así evitar la oxidación de la capa por contacto con el medio ambiente; por esta razón se decidió trabajar con Nitruro de Silicio.

Si usamos una capa antirreflectante, la reflectividad viene dada por el coeficiente de Fresnel:

Donde n0 es el índice de refracción del medio (aire, n0 = 1), ns es el índice de refracción del substrato (Silicio), narc es el índice de refracción de la capa antirreflectante y δ1 es la diferencia de fase que introduce la capa en la onda incidente,

(3)

Donde λ es la longitud de onda de la radiación y tarc es el espesor de la capa antirreflectante.

Si seleccionamos el espesor de la capa, de modo que,

(4)

Obtenemos un valor mínimo para la reflectividad dado por:

(5)

De esta última expresión se concluye que la reflectividad será cero cuando:

(6)

Y por supuesto se halla elegido correctamente el espesor de la capa, según ecuación (4).

Si la incidencia de la radiación no es perpendicular a la superficie entre los dos medios, entonces el índice de refracción debe ser sustituido por el índice de refracción efectivo:

(7) y (8)

Si la incidencia de la radiación no es perpendicular a la superficie entre los dos medios, entonces el índice de refracción debe ser sustituido por el índice de La capa de Nitruro de Silicio fue obtenida por PECVD usando el sistema AMP 3300 de Applied Materials. SiH4 y Amoníaco fueron usados como gases reaccionantes. Las películas fueron depositadas sobre Corning 1737. Las condiciones de depósito fueron las siguientes: Pressión de 0.6 Torr, Potencia de 350 W, frecuencia de 110 kHz y temperatura de depósito de 300 0C.

El índice de refracción fue medido en el intervalo de 0.5 a 5 μm, usando un espectrofotómetro de doble haz; una muestra de vidrio Corning sin película depositada fue empleada como referencia para realizar las mediciones.refracción efectivo:

En la figura 2 se muestra la gráfica de índice de refracción del Nitruro de Silicio, y a continuación en la figura 3 aparece la reflectividad que se obtiene al usar una capa de 150 μm, lo que significa optimizar el espesor para la longitud de onda λ0 = 1.1 μm.