高锗组分PIN锗硅光电探测器设计与模拟

介绍了Si1-xGex合金材料在制作新型光电子器件方面的重要作用,描述了应变SiGe层的特性,包括其临界厚度与Ge组分的关系、能带变窄、折射率增加,以及应变SiGe层的亚稳态特性.设计了应变锗硅缓冲层上的高Ge组分PIN光电探测器的外延材料和结构,采用Silvaco软件分别对光电探测器的器件结构、光谱响应、响应电流及其随入射光功率的变化、器件的暗电流进行了模拟,结果显示,探测器有源区面积增大,其响应电流也增大,且暗电流比其响应电流小6～8个数量级;探测器的响应时间约为3.8x10-9s;探测器在850nm左右具有较好的光响应;这些结果都比较理想.采用L-edit软件设计了该光电探测器的结构,最后对研究结果做出总结.     

基于湿法腐蚀工艺的高性能黑硅光电探测器

采用基于硝酸/氢氟酸/磷酸/硫酸混合液的湿法腐蚀工艺,实现了高吸收效率的黑硅结构的制备与工艺集成,获得了具有近红外响应增强效果的黑硅PIN光电探测器,并与未集成黑硅的PIN光电探测器的性能参数进行了对比测试.测试结果显示,黑硅光电探测器在1 060 nm波长下的响应度达到0.69 A/W(量子效率80.7％),较未集成黑硅的器件提高了 116％;黑硅探测器暗电流小于8 nA,响应时间小于8 ns,电容小于9 pF,与未集成黑硅的器件相当.得益于工艺兼容性,所采用的黑硅技术具有广泛应用于硅基近红外PIN,APD,SPAD,SPM等光电探测器的潜力,可显著提高器件的响应率、量子效率、响应速度、击穿电压温度系数等性能.     

硅基PIN光电探测器结构参数对其性能的影响

对硅基PIN光电探测器器件模型进行了理论分析,讨论了硅基PIN光电探测器的I-V特性与器件的i层厚度和整体宽度的变化关系,并进行了仿真分析。实验结果表明,随着i层厚度从5μm增加到70μm,器件的正向电流逐步减小,且i层厚度与其正向电流成反比;随着器件宽度从50μm增加到90μm,器件的正向电流逐步增大,且器件宽度与其正向电流成正比;引入保护环结构可以明显降低器件的暗电流。对PIN器件的结构参数进行了优化设计,结果表明在所设置的器件工艺条件下,当器件的i层厚度为50μm、整体宽度为70μm时,器件的性能最佳。     

硅基锗PIN红外探测器的数值模拟研究

本文基于漂移扩散模型,对硅基锗PIN红外探测器的电流特性随应变、Ge吸收层厚度、吸收层掺杂浓度的变化进行了数值模拟,并给出了一种器件优化设计方案.研究结果表明,当Ge应变从0增加到0.3%时,器件的暗电流增大了约50%;当Ge吸收层厚度从1μm增加到4μm时,器件的暗电流降低了近80%,量子效率增大了近1倍;当吸收层的掺杂浓度由1×1014cm-3增大2个量级时,器件的光电流降低了近60%.综合考虑吸收层厚度对器件量子效率和暗电流的影响以及吸收层掺杂浓度对光电流的影响,对硅基锗PIN红外探测器的外延锗吸收层进行了设计:外延生长厚度为4μm,掺杂浓度为1×1014cm-3,以期能为提高器件性能和制备实际器件提供良好的依据.     

硅基PIN光电探测器的设计与模拟

介绍了单片集成硅光接收器的研究背景,阐述了硅光电探测器的工作机理.设计了一种应用于单片集成硅光接收器的PIN结构光电探测器,并用Silvaco软件对光电探测器的器件结构、光谱响应、响应电流及其随入射光功率的变化、器件的暗电流分别进行了模拟,对模拟结果进行了分析.设计了该光电探测器的版图,给出了其主要工艺流程,搭建了其光响应谱测试电路.最后对研究结果进行了总结.     

硅基650nm增强型光电探测器

通过在硅PIN结构的基础上进行改进,采用硅P＋PIN结构,研制出650nm增强型光电探测器。详细介绍了器件结构设计和制作工艺。对器件响应度、暗电流和响应速度等参数进行计算与分析。实验结果表明,器件响应度达0.448A/W（λ=650nm）,暗电流达到0.1nA（VR=10V）,上升时间达到3.2ns。     

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...     

硅PIN光电探测器光电特性的模拟计算

采用计算机数值分析软件对硅PIN光电探测器的光电特性进行了研究;对硅PIN光电探测器的结构及电势分布作了详细讨论,同时讨论了其正向特性、反向特性和光敏特性.这对了解和改进器件特性有重要作用.     

重掺As衬底上超高阻薄层硅外延片的制备

超高阻薄层硅外延片可用于制备光电探测器的二极管、瞬态电压抑制二极管等分立器件。利用E200型单片外延炉在直径为150 mm的重掺As硅单晶衬底上制备了参数可控且均匀性高的外延层。采用多次本征生长技术,在重掺As硅衬底边缘形成掺杂原子耗尽层,有效减少了重掺As硅衬底的自掺效应。同时应用低温外延技术、无HCl抛光技术,研制出超高阻薄层硅外延片,外延层电阻率为1 093Ω·cm,外延层厚度为12.06μm,满足外延层厚度(12±1)μm、外延层电阻率大于1 000Ω·cm的设计要求,片内电阻率不均匀性为4.36%,片内厚度不均匀性为0.5%。外延片已用于批量生产。     

光纤陀螺光电探测器状态开机自检方法研究

针对光纤陀螺(FOG)PIN光电探测器在空间应用环境下受辐照影响暗电流增大、性能指标劣化的特性,提出了FOG空间在轨条件下PIN光电探测器工作状态开机自检方法。陀螺开机时,调节光源驱动电流使光源处于无光输出状态,此时PIN光电探测器输出噪声中主要包括由暗电流引起的低频1/f噪声和散粒噪声,通过低通滤波和低噪声放大电路使对PIN光电控制器输出信号进行预处理;根据低频1/f噪声和散粒噪声功率谱密度的特点,使用Allan方差法对经A/D转换后的数据进行分析,得到不同噪声类型的强度信息。通过PIN光电探测器的γ射线辐照试验对该方法进行了验证,试验结果表明,该方法能够有效地表征PIN光电探测器在受辐照前后1/f噪声和散粒噪声的变化。     

量子阱太赫兹探测材料设计与生长的研究*

子带跃迁的量子阱结构太赫兹探测器具有响应速度快等特点,有广泛的应用前景,越来越受到研究 人员的关注。以量子力学基本原理,量子阱结构材料光吸收的特性,以及光导型探测器暗电流分析为基础,进行了 量子阱厚度、势垒层Al 含量和量子阱掺杂浓度等参数的AlGaAs/ GaAs 量子阱太赫兹探测材料结构设计,按照优化 后的外延参数进行了材料生长,获得了符合设计要求的探测材料。     

Hg1-xCdxTe metal-semiconductor-metal (MSM)photodetectors

Metal-semiconductor-metal (MSM) detectors with active layers of Hg _1-xCd_xTe (x=0.62-0.74) and electrode spacings of 2, 4, and 6 μm have been fabricated and characterized. Direct-current measurements have shown a low dark current and high responsivity from 0.15 to 1.5 A/W at 10-V bias. The lowest values of dark current (0.16 mA cm²) were obtained for detectors which incorporated an overlayer of CdTe. For detectors without the overlayer, increasing the Cd mole fraction resulted in a decrease in the dark current and a reduction in the 300-nm responsivity. Measurements of frequency response for these detectors show a maximum loss of 8 dB to 20 GHz. These results compare favorably with high-performance MSM detectors based on In_0.53Ga_0.47As with a lattice-matched barrier layer of In_0.52Al_0.48As     

环境气氛对二维超薄ZnO纳米片紫外探测器性能的影响

二维宽带隙半导体材料独特的纳米结构是高性能紫外光电探测器的潜在理想材料,但是在实际应用过程中,各种环境气氛可显著影响紫外光探测器件的性能。文中采用化学气相沉积方法制备超薄二维ZnO纳米片,并利用该纳米片制作了紫外光探测器件。将探测器件置于密闭系统中进行测试,排除了不同应用环境对测试结果的影响,同时重点研究了不同极性分子对二维超薄ZnO纳米片紫外探测器性能的影响。研究结果表明,在极性分子存在的条件下,ZnO纳米紫外光探测器的暗电流降低1.5~2倍,灵敏性和响应率提高了约1.5倍。     

Silicide/strained Si1-xGex Schottky-barrierinfrared detectors

By employing a thin silicon sacrificial cap layer for silicide formation, the authors successfully demonstrated Pd₂Si/strained Si_1-xGe_x Schottky-barrier infrared detectors with extended cutoff wavelengths. The sacrificial silicon eliminates the segregation effects and Fermi level pinning which occur if the metal reacts directly with Si_1-x Ge_x alloy. The Schottky barrier height of the silicide/strained Si_1-xGe_x detector decreases with increasing Ge fraction, allowing for tuning of the detector's cutoff wavelength. The cutoff wavelength was extended beyond 8 μm in PtSi/Si _0.85Ge_0.15 detectors. It is shown that high quantum efficiency and near-ideal dark current can be obtained from these detectors     

γ辐射对碲镉汞光伏探测器的暂态损伤与永久损伤

利用60Co γ源对碲镉汞光伏探测器进行了辐射损伤研究,通过电流-电压测试方法对器件的辐射效应进行了表征.利用数值微分方法得到器件较大反向偏压下的暗电流与缺陷中心密度的关系更为明显.通过研究辐射停止后器件的暗电流随着时间延长的变化,认为碲镉汞光伏探测器的γ辐射损伤存在暂态损伤和永久损伤.将这一现象进行实际应用,可以延长工作于辐射环境中的红外探测器的使用寿命.     

基于石墨烯探测器的积分电路设计

为了解决石墨烯探测器光电探测的难题,针对石墨烯探测器受光照像元电阻发生变化的特点,设计了基于石墨烯探测器的新型积分电路结构。该积分电路结构主要包含前端偏置电路、运算放大器以及开关和反馈电容等部分,电路主要利用暗像元电阻不随光照变化,而感光像元电阻会随光照强度变化而变化的特点,将光照条件下暗像元支路的电流与感光像元支路电流的差作为光响应电流,并采用CTIA积分电路进行电流积分,将光响应电流转换为积分电压输出,进而实现石墨烯探测器对光响应信号的探测和输出。文中对相关的主要电路设计进行了分析,并基于Cadence ADE仿真环境完成了电路仿真。经仿真分析,基于文中的积分电路,可以将不同光照条件下石墨烯探测器的光响应转换为对应的积分电压输出。可见,所设计的积分电路能够满足石墨烯探测器对光响应探测的需求,对石墨烯材料进入光电探测器领域具有重要意义。     

Analysis of dark current in IR detectors on thinned p-type HgCdTe

A model for the diffusion dark current in MIS IR detectors on thinned bulk p-type HgCdTe is discussed. The model includes trap-assisted tunneling mechanisms in the back-side depletion region as well as the effects of fast surface states. Expressions for the net recombination rate are developed for situations in which trap-assisted tunneling transitions are allowed. Calculations for 12-μm optical cutoff detectors operating at liquid-nitrogen temperature show that the properties of the back side, including surface fixed charge density, depletion region trap density, fast surface-state density, and majority carrier concentration, have a strong influence on the dark current levels of detectors on thin material. It is predicted that typical as-fabricated surface parameters will not result in large dark current densities. Calculations for detectors with surface parameters common to stressed (degraded) back surfaces, however, show dark current densities which would significantly affect detector performance     

高性能锑化物超晶格中红外探测器研究进展（特邀）

中红外探测技术作为一种重要的被动探测手段,在各个领域都有着非常重要的作用。其中,以InAs/InAsSb超晶格材料为基础的无Ga型Sb化物II类超晶格探测器,由于去除了Ga原子的缺陷,具有更高的少子寿命,有利于提高探测器性能。此外,使用光子晶体结构,进行表面光学性能调控,可以提高器件的响应度,从而降低材料吸收区厚度,降低器件暗电流。暗电流的降低和响应度的提升,进一步优化了探测器的性能,进而提高器件工作温度,进一步降低探测系统的体积、重量和功耗。研究表明:使用光子晶体结构可以在不改变外延材料结构的前提下,提高器件量子效率,实现响应光谱的展宽,在实际应用中具有重要的意义。文中综述和讨论了InAs/InAsSb超晶格探测器和光子晶体结构探测器材料生长、结构设计的主要技术问题,详细介绍了两种提高中红外探测器性能的方案及国内外的研究进展。     

光电化学腐蚀法制备高长径比硅微通道

在高长径比硅微通道光电化学腐蚀中,需要根据通道尺寸要求实时修正腐蚀电流.研究了物质输运、暗电流对腐蚀电流控制的影响,并提出了腐蚀电流的控制曲线.根据电解液扩散方程和边界条件,推导出通道尖端处HF质量分数与通道长度的关系.根据腐蚀后的暗扫描I-V曲线计算出暗电流密度.与腐蚀电流密度相比,阴离子表面活性剂的暗电流可忽略不计,进而获得了腐蚀电流修正曲线.根据腐蚀电流修正曲线,通过控制光照强度制备出高长径比(大于60)的等径硅微通道阵列.对修正的腐蚀电流进行调整,制备出通道尺寸空间周期性变化的硅微通道结构.研究结果可为高长径比硅微通道的制备提供技术方法.