短波红外In0.53Ga0.47As探测器的实时γ辐照研究

空间应用短波红外InGaAs探测器的性能不断提高,对辐照损伤越来越敏感.通过实时测试的方法,研究了不同剂量和不同剂量率的γ辐照对晶格匹配In0.53Ga0..47As探测器电流-电压特性的影响.发现在反向偏压下,辐照在器件中引起的光电流约为2 nA.辐照还会在器件引入累积损伤,导致器件的暗电流增加,并且在辐照结束后的十几分钟内不会发生恢复.当剂量率一定时,器件暗电流随着辐照剂量的增加而增大,但增大的速度趋于变缓.当总剂量一定时,器件接受的辐照剂量率越大,其暗电流的增加越多.     

10Gbit/s台面型InGaAs/InP pin高速光电探测器

利用数值计算方法分析了高速光电探测器的耗尽区宽度与响应度及响应速度的关系.分析结果表明,耗尽区宽度选择应在响应度和响应速度之间折中,在响应度满足使用要求的情况下,尽量提高响应速度.利用该分析结果设计了台面型InGaAs/InP pin高速光电探测器材料结构.通过优化腐蚀工艺与钝化工艺,解决了器件腐蚀形貌和钝化问题.结合其他微细加工工艺完成了器件的制备,器件光敏区直径50 μm.测试结果显示,在反向偏压为5V时,暗电流小于1 nA,电容约为0.21 pF.此外,在1 310 nm激光辐照下,器件的响应度约为0.95 A/W,-3 dB带宽超过10 GHz,其性能满足10 Gbit/s光纤通信应用要求.     

一种低暗电流高响度InGaAs/InP pin光电探测器

分析了InGaAs/InP pin光电探测器暗电流和响应度的影响因素,并对MOCVD外延工艺以及器件结构进行优化,从而提高器件响应度和降低暗电流。采用低压金属有机化学气相沉积设备(LP-MOCVD)成功制备了InGaAs/InP pin光电探测器,得到了高质量的晶体材料,InGaAs吸收层的背景浓度低于4×1014 cm-3。利用扩Zn工艺制作出感光区直径为70μm的平面光电探测器。测量结果显示,在反偏电压为5 V时,暗电流小于0.05 nA,电容约为0.4 pF。此外,在1 310 nm激光的辐照下,器件的响应度可达0.96 A/W以上。     

10Gbit/s InGaAs/InP雪崩光电二极管

基于InGaAs/InP吸收区、渐变区、电荷区和倍增区分离雪崩光电二极管(SAGCMAPD)器件结构,利用数值计算方法,模拟了各层参数对器件频率响应特性的影响.模拟结果表明,吸收层、倍增层厚度及电荷层面电荷密度可影响器件的-3 dB带宽;随增益的增加,器件带宽会逐渐降低;电荷层面电荷密度对器件击穿电压有明显影响.结合此模拟结果,制作出了高速InGaAs/InP雪崩光电二极管,并对器件进行了封装测试.测试结果表明,该结果与模拟结果相吻合.器件击穿电压为30 V;在倍增因子为1时,器件响应度大于0.8 A/W;在倍增因子为9时,器件暗电流小于10 nA,-3 dB带宽大于10 GHz,其性能满足10 Gbit/s光纤通信应用要求.     

1.3μm高速PIN光电二极管

综合考虑高速光电探测器的频率特性和响应度,优化设计了GaInAs／InPPIN光电二极管的结构参数,解决了长波长高速光电探测器制作中的关键技术,如高纯、超薄GaInAs／InP材料的液相外延生长、有源区的浅结扩散技术、为降低器件漏电采用的双层钝化膜技术和小光敏面的光耦合技术等,并采用同轴封装结构实现了高速光电探测器的高频封装。研制的GaInAs／InPPIN高速长波长光电探测器的3dB带宽达到20GHz,响应度为0．7A／W,暗电流小于5nA。     

伽马射线辐照对硅光电二极管性能的影响

研究了伽马()射线辐照对星上定标用硅光电二极管性能的影响。使用硅光电二极管分别接受20 krad(Si)、35 krad(Si)、50 krad(Si)总剂量的射线辐照,对比了器件在不同辐照剂量下暗电流及光谱响应度的变化。结果显示在35 krad(Si)以下剂量照射下,硅光电二极管暗电流及光谱响应度均未发现明显的变化,在50 krad(Si)剂量照射下,参试样品出现暗电流增加的现象,但该变化在定标器应用过程中带来的影响可以忽略。试验结果表明,参试的硅光电二极管在空间辐照环境下具有良好的稳定性及可靠性,可以作为在轨定标器可见波段探测单元备选器件。     

高速高效光电探测器的制备、测试及特性分析

报道了一种垂直入射的InP基InGaAs pin光电探测器,介绍了它的制备和测试方法并对器件所展示出的高效,高速,高线性度特性进行了分析。器件的暗电流密度在0和-5V偏压时分别为1.37×10-5 A/cm2和93×10-5 A/cm2;在1.55μm波长,-3V偏压下,器件的线性光响应高达28mW,相应的最大线性电流为17mA,响应度达到0.61A/W(无减反射膜);在-5V偏压下,器件获得高达17.5GHz的3dB带宽。     

GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器的γ辐照研究

本文报道了γ射线辐照对量子阱红外探测器性能的影响。γ射线的辐射剂量分别为１ｍｒａｄ、６ｍｒａｄ、１６ｍｒａｄ。测量了器件在不同γ辐照剂量下的光谱响应、暗电汉、黑体响应率。通过对实验结果的分析,暗电流和黑体响应率随γ辐照剂量增加而递减,表明探测器的性能随γ射线辐照剂量的增加而逐步衰减。     

具有优化倍增层InAlAs / InGaAs雪崩光电二极管

通过优化倍增层的厚度,研究了InAlAs/InGaAs雪崩光电二极管增益带宽积和暗电流之间的关系。利用仿真计算得出200 nm厚的倍增层能够改善增益带宽积并降低暗电流。制成的InAlAs/InGaAs 雪崩光电二极管性能优异,与计算趋势一致。在获得0.85 A/W的高响应和155 GHz的增益带宽积的同时,器件暗电流低于19 nA。这项研究对雪崩光电二极管在未来高速传输的应用具有重要意义。     

中波红外焦平面列阵探测器γ辐照效应

报道了γ射线辐照对薄膜材料碲镉汞(Hg1-xCdxTe)制备的中波红外焦平面列阵探测器性能的影响.γ射线辐照的剂量依次为3×106 rad、9×106rad、2×107 rad.测量了器件在辐照前及各个剂量辐照后的I-V特性、黑体响应、噪声等性能参数.通过分析实验数据,发现器件的暗电流,噪声随辐照剂量的增加而增大,黑体响应随辐照剂量的增大而减小.其中I-V特性受辐照影响最大,黑体响应和噪声对辐照不是很敏感.这些表明随着辐照剂量的增加,器件的性能逐步衰退.     

延伸波长InGaAs红外探测器的实时γ辐照研究

通过实时测试方法,研究了延伸波长InGaAs红外探测器在55×104rad的γ辐照下的电流-电压特性变化,发现器件的暗电流没有明显变化,零偏电阻稍有变化,但变化的幅度很小。在辐照前后对器件的性能进行了测试,发现在辐照后器件的信号稍有下降,噪声基本不变,说明在受到辐照后器件的探测性能略有下降。对器件在辐照前后的低频噪声进行了测试,发现整个低频区的噪声都没有明显的改变。这些结论表明γ辐照对延伸波长InGaAs器件的影响较小。     

InAs/GaSb II类超晶格长波红外探测器的实时γ辐照效应

研究了InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波探测器的γ辐照效应.在~(60)Co源γ辐照下器件的电流—电压(I-V)特性并未随辐照剂量的增大而发生显著的变化,100 krad(Si)辐照剂量下的零偏阻抗相较辐照前的减小率仅为3.4%,表明该探测器具有很好的抗辐照性能.结合不同辐照剂量下的实时I-V特性曲线和辐照停止后器件电流随时间的演化情况,对辐照所带来的器件性能的损伤以及微观损伤机理进行了分析.发现零偏压和小反向偏压下,辐照开始后电流即有明显增大,辐照损伤以暂态的电离效应为主导,器件性能可以在很短时间内恢复.而大反向偏压下器件暗电流的主导机制为直接隧穿电流,辐照所引入位移效应的影响使得暗电流随辐照剂量增大而减小,损伤需通过退火效应缓慢恢复,弛豫时间明显长于电离效应损伤.     

探测器中扩散结深对光响应度影响的研究

研究了InGaAs/InP PIN探测器中扩散结深对光响应度的影响,对不同扩散条件下的光电探测器进行了对比实验,测量了不同结深下器件的Ⅰ-Ⅴ特性和光响应度.结果表明:扩散结深对器件的Ⅰ-Ⅴ特性影响不大,而对光响应度影响很大,当结深处在InGaAs吸收层上表面时,光响应度最大值出现在波长1.55um处;而当结深进入衬底InP层后,光响应度最大值则出现在波长1um处.另外,在闭管扩散实验中,严格控制温度和扩散时间是控制结深的关键,研究了不同扩散温度和扩散时间下的结深,为器件的制备提供了参考.     

双极运算放大器ELDRS效应的变剂量率加速模拟方法初探

采用不同的变剂量率加速评估方法,研究了在不同辐照温度、不同辐照总剂量条件下,运算放大器电路随高剂量率转换到低剂率的辐射变化规律.结果表明,辐照时的转换总剂量、辐照温度及辐照剂量率均会对器件的响应特性产生影响,采用合适的变剂量率辐照方法可以达到既缩短辐照时间,又能加速评估器件ELDRS效应的目的.另外,对产生各种响应差异的机理进行了分析.     

双极运算放大器ELDRS效应的变剂量率加速模拟方法初探

采用不同的变剂量率加速评估方法,研究了在不同辐照温度、不同辐照总剂量条件下,运算放大器电路随高剂量率转换到低剂率的辐射变化规律.结果表明,辐照时的转换总剂量、辐照温度及辐照剂量率均会对器件的响应特性产生影响,采用合适的变剂量率辐照方法可以达到既缩短辐照时间,又能加速评估器件ELDRS效应的目的.另外,对产生各种响应差异的机理进行了分析.     

320 × 256 InGaAs短波红外焦平面阵列探测器

研制了320×256 InGaAs焦平面阵列(FPA)探测器,它由InGaAs光电二极管阵列(PDA)与Si CMOS集成读出电路(ROIC)通过In凸点倒焊技术混合集成。背照射工作方式下其响应光谱范围为0.9~1.7μm。为实现InGaAs PDA与所设计的可调积分电容跨阻抗反馈放大器接口电路良好匹配,分析讨论了InGaAs光电二极管响应度、暗电流、结电容等光电特性对表征InGaAs FPA的主要性能指标的影响,优化了InGaAs光电二极管单元结构设计。采用优化结果研制的320×256 InGaAs FPA,在室温下的峰值探测率达到6×1012cm.Hz1/2.W-1,动态范围达到68 dB。     

基于InP/InGaAs HBT技术的单片集成长波长光接收OEIC

采用InP/InGaAs HBT与PIN光探测器单片集成方案,对光接收光电集成电路(OEIC)的外延材料结构和生长、电路设计、制作工艺和性能测试进行了研究.基于自对准InP/InGaAs HBT工艺,实现了1.55μm波长单片集成光接收OEIC.发射极尺寸2μm×8μm的InP/InGaAs HBT直流增益为40,截止频率和最高振荡频率分别为45和54GHz;集成InGaAs PIN光探测器在-5V下响应度为0.45A/W@1.55/μm,暗电流小于10nA,-3dB带宽达到10.6GHz;研制的HBT/PIN单片集成光接收OEIC在2.5和3.0Gb/s速率非归零223-1伪随机码传输工作时可以观察到张开的眼图,灵敏度≤-15.2dBm@BER=10-9.     

基于InP/InGaAs HBT技术的单片集成长波长光接收OEIC

采用InP/InGaAs HBT与PIN光探测器单片集成方案,对光接收光电集成电路(OEIC)的外延材料结构和生长、电路设计、制作工艺和性能测试进行了研究.基于自对准InP/InGaAs HBT工艺,实现了1.55μm波长单片集成光接收OEIC.发射极尺寸2μm×8μm的InP/InGaAs HBT直流增益为40,截止频率和最高振荡频率分别为45和54GHz;集成InGaAs PIN光探测器在-5V下响应度为0.45A/W@1.55/μm,暗电流小于10nA,-3dB带宽达到10.6GHz;研制的HBT/PIN单片集成光接收OEIC在2.5和3.0Gb/s速率非归零223-1伪随机码传输工作时可以观察到张开的眼图,灵敏度≤-15.2dBm@BER=10-9.     

UTC-PD和RTD单片集成的器件模拟研究

单行载流子光电二极管与共振隧穿二极管单片集成器件是一种新型高速光电探测器,也是高速光电单稳双稳转换逻辑电路的一个基本单元。用Atlas软件对该集成电路单元进行了直流和交流特性的模拟研究,模拟得到的3dB带宽最高可达9THz。模拟发现,光照强度、吸收层厚度、掺杂浓度、收集层浓度是影响器件3dB带宽的主要因素。研究了器件材料参数、结构参数与器件3dB带宽之间的关系,并得到在现行工艺下优化后的单行载流子光电二极管和共振隧穿二极管单片集成器件的工艺参数,模拟出3dB带宽为1.03THz。同时,对器件模拟和半导体工艺间的误差进行了分析和估计。这一工作为单行载流子光电二极管和共振隧穿二极管单片集成器件的设计和研制提供了工艺参数基础。     

单向载流子传输光电探测器模拟

用Atlas软件对单向载流子传输光电探测器(uni-traveling-carrier photodetector,UTC-PD)进行了模拟,研究了器件的基本工作原理,着重讨论了器件性能与外延层结构的关系.设计出的UTC-PD可同时具有高的响应度(≥0.18A/W)和宽的3dB带宽(≥100GHz).与传统的pin光电探测器相比简化了前端电路结构,降低了噪声,节约了成本,可以应用于超高速光互联.