6H-SiC金属-半导体-金属结构紫外光探测器的模拟与优化

基于热电子发射理论,使用器件仿真软件ISE-TCAD建立了6H-SiC MSM紫外光探测器器件模型。对金属叉指宽度和间距均为3μm的器件进行了仿真,结果表明该结构探测器在10V偏压下暗电流已经达到15pA。器件的光电流比暗电流大2个数量级。通过仿真研究了不同结构对器件暗电流和光电流的影响并优化了器件结构。结果表明电极宽度为6μm电极,间距为3μm的器件达到最大光电流5.3nA。电极宽度为3μm,电极间距为6μm的器件具有最高的紫外可见比其比值为327。     

基于新型半圆形电极金属-半导体-金属紫外光探测器的光电耦合优化

本文使用数值仿真器ISE-TCAD建立了新型半圆形电极金属-半导体-金属紫外探测器器件模型并研究了该探测器的器件特性。通过对新型半圆形电极结构探测器,传统结构探测器以及实验数据的全面对比验证了模型的正确性。其结果表明了该探测器的性能提升并说明了建立的物理模型对预测这种新型结构探测器性能增强而言是合适的。此外,通过调节该器件的结构参数实现优化目的,优化结果表明半圆形电极半径为2 μm, 电极间距为3 μm的探测器在290 nm具有峰值响应度0.177 A/W ,相应的外量子效率超过75%, 同时在0.3 V 偏压条件下归一化光暗电流对比度达到1.192E11 1/W。这些特性表明半圆电极金属-半导体-金属紫外光电探测器具有优异的光电集成应用前景。     

4H-SiC金属-半导体-金属结构紫外探测器的模拟与分析

用MEDICI软件对金属-半导体-金属(MSM)结构4H-SiC紫外(UV)探测器的I-V特性以及光谱响应等特性进行了模拟与分析,并探讨了金属电极的宽度、电极间距以及外延层厚度对探测器响应度的影响.结果表明,室温下该探测器的暗电流线性密度达到10-13A/μm,且在不同电压下光电流至少比暗电流大两个数量级;探测器的光谱响应范围为200~400 nm,在347 nm处响应度达到极大值;增大指宽或者减小指间距可以提高探测器的响应度;当波长小于峰值波长时外延层厚度对探测器的响应度基本没影响,而当波长大于峰值波长时随着外延层厚度的增大探测器的响应度有所增大.     

U型凹槽电极硅MSM结构光电探测器的研制

为了提高硅MSM结构光电探测器的光电响应度,制备了U型凹槽电极结构的探测器.5 V偏压下,对650 nm波长入射光的绝对光电响应度测试表明,凹槽电极结构的探测器最大光电响应度值为0.486 A/W,比同样尺寸的平版结构光电探测器提高了约6倍.文中也对比了具有抗反射膜和不具有抗反射膜的器件相对响应光谱的差别,并且比较分析了叉指间隙分别为5 μm和10 μm器件光电响应的不同.     

ZnO薄膜紫外探测器的光电性质

采用直流反应磁控溅射的方法制备ZnO薄膜, 用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和紫外-可见光谱仪(UV-Vis)分别表征ZnO薄膜的晶体结构和表面形貌等特征。并用此材料制备Au/ZnO/Au金属-半导体-金属(MSM)结构光电导型ZnO薄膜紫外光探测器。实验结果表明, ZnO探测器在360 nm出现明显光响应,其光电流为2.5 mA, 在5 V偏置电压下暗电流为250 μA; ZnO紫外探测器在250～380 nm的紫外波段, 探测器有很明显的光响应, 且光电流响应比较平坦; 在380～430 nm区域, 光响应明显下降; 其光响应的上升与下降弛豫时间分别为20 s与80 s。从光谱响应图中可以看出紫外(360 nm)比可见区(450 nm)的光响应高出3个数量级, 薄膜表面存在的缺陷(如氧空位)在ZnO紫外探测器的光电效应中有重要作用。     

一维阵列MSM 4H-SiC紫外光电探测器的研制

采用Ni/Au作为肖特基接触制备了一维阵列MSM 4H-SiC紫外光电探测器,并测量和分析了阵列器件的Ⅰ-Ⅴ、光谱响应特性.结果表明,阵列探测器性能均匀性好,击穿电压均高于100V.阵列中单器件暗电流小,在偏压为20V的时候,最大暗电流均小于5pA(电流密度为5nA/cm2),光电流比暗电流高3个数量级以上.其光谱响应表明,单器件在电压为20V时的响应度约为0.09A/W,比400nm时的比值均大5000倍,说明探测器具有良好的紫外可见比.     

一维阵列MSM 4H-SiC紫外光电探测器的研制

采用Ni/Au作为肖特基接触制备了一维阵列MSM 4H-SiC紫外光电探测器,并测量和分析了阵列器件的Ⅰ-Ⅴ、光谱响应特性.结果表明,阵列探测器性能均匀性好,击穿电压均高于100V.阵列中单器件暗电流小,在偏压为20V的时候,最大暗电流均小于5pA(电流密度为5nA/cm2),光电流比暗电流高3个数量级以上.其光谱响应表明,单器件在电压为20V时的响应度约为0.09A/W,比400nm时的比值均大5000倍,说明探测器具有良好的紫外可见比.     

基于超宽β-Ga2O3微米带的日盲光电探测器研究

氧化镓的禁带宽度接近5 eV,是一种极具前景的日盲紫外探测半导体材料。基于碳热还原法生长高质量β-Ga₂O₃微米带制备出MSM(Metal-Semiconductor-Metal)结构光电导紫外探测器,研究了不同的结构对光电器件性能的影响。结果表明等间距叉指电极光电探测器相较于两端电阻型光电探测器有更优异的性能。在10 V/254 nm紫外光照下,其响应度、外部量子效率、比探测率和光响应时间等性能提高明显,其中光电流(I_photo)有接近2个数量级的提升,且-2 V附近光暗电流比值增大至2.29×10⁵。随着叉指电极间距从50μm缩减至20μm,器件I_photo变大,其物理机制归因于阳极附近的耗尽层占据电极间微米带的比例增大引发了更高的光生载流子输运效率。     

MSM结构平面及掩埋叉指电极间电场的分布特性

提出了一种新型具有掩埋电极的金属-半导体-金属(MSM)探测器原型器件结构,并用数值计算的方法研究了其激活层内电场的分布特性,讨论了掩埋电极深度对电场分布的影响,并与传统平面叉指电极结构进行比较,得出该结构对器件性能改善具有重要的作用.     

一种改进型金属-半导体-金属光电探测器数学模型

以E.Sano的金属-半导体-金属光电探测器(MSM-PD)模型为基础,提出了一种改进型的模型.该模型以多个电流源和电容并联的形式构造,以吸收区过剩电子和空穴总数为研究对象,求解速率方程.另外计算了电容,给出了暗电流与端电压的非线性计算式,改进了传统模型中暗电流的线性计算方法.通过线性叠加给出了该模型光电流的数学解析解.通过在Matlab中的模拟计算,表明该模型具有计算量小、准确度高的特点,它不仅能反映一定偏压和光照下光电流的变化,而且能展示光电子在器件中的转化过程.这种模型也能较好地应用于微弱信号的检测模拟.     

聚合物脊形波导定向耦合电光开关的电极优化

给出了一种新型聚合物脊形波导定向耦合电光开关的结构模型和设计方法.应用保角变换法和镜像法分析了对称共面双电极的电场分布.为了获得最小的模式损耗和开关电压,优化了电极厚度、电极宽度和电极间距.为了使器件实现正常的开关功能,讨论了所能允许的开关电压的波动范围.模拟计算结果如下:脊形波导的芯宽度4.0μm,芯厚度1.5μm,脊高0.5 μm,耦合间距3.0μm,优化后的电极厚度0.15 μm,电极宽度3.0μm,电极间距3.5μm,耦合长度3 082μm,开关电压5.43 V;当开关电压在5.28到5.59 V范围内波动时,器件的插入损耗小于0.60 dB,串扰小于-30 dB.与BPM仿真结果的对比表明,该优化方法具有较高的精度.     

Si基 ZnO纳米壁网格结构紫外探测器的制备

利用等离子体辅助分子束外延设备在Si（111）衬底上在没有任何催化剂情况下,得到了ZnO纳米壁的网状结构。这些ZnO纳米壁网格结构是c轴择优取向的。纳米结构的厚度为10到20纳米,高度大约为50纳米,这种纳米结构被制成平面的金属-半导体-金属结构的光导型紫外探测器件。这种探测器具有高响应,宽范围的特点。波长从360纳米减小到250纳米的过程中,器件的响应度无明显下降。在5V的偏压下,暗电流小于6μA。ZnO 纳米结构探测器响应峰值出现在360纳米处,其数值为15 A/W。探测器的紫外可见抑制比在2个量级以上。     

热氧化法制备ZnO薄膜及其紫外探测特性研究

采用电子束蒸发方法在玻璃衬底上沉积了Zn薄膜,然后在空气中进行了400 ℃至550 ℃加热退火处理,并基于金属-半导体-金属(MSM)平面式结构,制备了ZnO光电导型紫外探测器.实验发现:退火后的薄膜样品表面出现了ZnO纳米线,纵横比在300～1000间;探测器的响应峰值波长约为360 nm,紫外区光响应度是可见区的5倍以上;360 nm紫外光照射的瞬态响应符合e指数变化规律,e指数曲线拟合所得到的驰豫时间常数反映了这个过程中的时间积累.     

势垒层对黑硅光电探测器性能影响的研究

讨论势垒层Si3N4的引入对黑硅光电探测器光电性能的影响。探测器采用金属一半导体一金属（MSM）器件结构在黑硅层和电极间增加一层势垒层以提高肖特基势垒,从而减低器件的暗电流。实验表明,在相同的光照情况下,有势垒层的探测器暗电流比无势垒层的探测器暗电流至少低1个数量级,且势垒层厚度增加30nm其暗电流降低约1个数量级,而...     

金属-半导体-金属(MSM)结构4H-SiC紫外光电探测器的研制

MSM结构探测器具有结构与工艺简单、制备成本低、量子效率高等特点而在探测器应用中得到重视。本文制备了采用镍作为肖特基接触形成的MSM4H—SiC紫外光电探测器，并测量和分析了在不同的偏压下其光电特性。结果表明，该探测器的暗电流非常小，在偏压为15V的时候，漏电流密度约为70nA／cm^2，光电流比暗电流高约2个数量级，其光谱响应表明，其最高光谱响应与380nm的比值约为1000倍，说明该探测器具有良好的紫外可见比。     

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.     

AlxGa1-xN日盲紫外探测器及其焦平面阵列

报道了320×256元AlxGa1-xN日盲型紫外探测器及其焦平面阵列探测器的研制情况,介绍了材料生长、器件制备工艺和器件的光电特性.器件的开启电压大于3.5 V,-0.5 V偏压时暗电流小于1.2×10-12A(φ=300 μm台面),光谱响应范围260～280 nm,268 nm峰值波长的响应度大于0.095 A/W.器件实现了日盲紫外成像演示.     

金属-半导体-金属光电探测器的瞬态特性分析

给出了金属—半导体—金属光电探测器(MSM—PD)高频特性的等效电路模型，在此模型基础上编写模拟分析程序，分析了探测器相关器件参数对器件截止频率的影响，为探测器与前置放大器的优化匹配提供了理论依据。     

基于Pt/CdS与InSb光伏型紫外-红外焦平面探测器的双色探测机理

紫外与红外大气窗口蕴含着与人类密切相关的信息。基于新型的时域有限差分光子学分析方法联合有限元电学分析方法研究了Pt/CdS紫外与InSb 红外双色焦平面阵列探测器的双色探测机理。研究发现,超薄 Pt金属膜与CdS形成肖特基结可以获得较大的紫外光响应并能更好耦合红外光。采用像元间距为50μm的Pt/CdS与InSb键合结构,可以很好的抑制像元间的串音。结果证明了紫外-红外双色探测的可行性,该方法将为紫外-红外双色探测器的设计提供基础指导。     

MSM型氮化镓紫外探测器研究

以宽禁带半导体氮化镓材料制备了金属一半导体一金属型的紫外光电探测器.材料生长是以MOCVD设备完成的,为非故意掺杂的n型材料.器件在362 nm处具有陡峭的截止边,表现出可见盲特性,在1.5 V偏压下响应度为0.71 A/W,紫外/可见抑制比接近103.通过击穿单侧肖特基结对另一侧的肖特基结进行测试,结果表明肖特基结具有较理想的特性,并以此对器件的工作方式和设计优化进行了讨论分析.