平面工艺辐射探测器的研制

使用高阻Si材料,通过氧化、光刻、注入和退火工艺技术研制粒子探测器——PIN二极管．采取HCl氧化、慢降温等工艺措施可减小PIN二极管的暗电流(反向电流),这对于提高器件性能起到了关键作用．电压为-5V时,探测器的暗电流可达nA/cm2量级．讨论了器件暗电流与少子寿命的关系．     

硅PIN光电探测器阵列的串扰分析

在利用高密度线性阵列探测器成像时,探测阵列单元间的串扰将直接影响器件的成像质量.文章对厚度为100μm的背照式PIN光电探测器线性阵列的电串扰特性进行了分析,通过Silvaco TCAD器件仿真软件对阵列的暗电流和光电流进行了仿真,分析了像元间的电串扰特性,同时对比分析了保护环结构对器件的暗电流和电串扰特性的影响.仿真结果表明,保护环结构器件的暗电流和电串扰性能均优于无保护环的结构,在有保护环时PIN器件的串扰是无保护环结构的1/5.     

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。     

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.     

PIN四象限探测器输出特性的改进研究

PIN四象限探测器在应用过程中对其输出一致性的要求很高。文章讨论了影响PIN四象限探测器输出一致性的各种因素,并有针对性地提出了相应的改进措施。通过仿真分析,对PIN器件的各项参数进行了优化设计,并制作出了可工作在1 060nm波长、50V偏压下的PIN四象限探测器,其每个象限响应度达到0.3A/W,暗电流小于50nA,四个象限输出不一致性小于10%。然后通过对单个芯片的四个象限分别进行放大电路的安装调试,制作出了输出不一致性小于3%的四象限探测器器件。     

InGaAs PIN光电探测器的暗电流特性研究

从理论上分析了In0.53Ga0.47As PIN光电探测器在不同掺杂浓度及反向偏压下的暗电流特性,并与研制的器件的实测结果进行了比较和讨论.模拟结果表明:在低偏压下,器件中的产生复合电流起主要作用,偏压增大时,隧道电流起主要作用,且In0.53Ga0.47As光吸收层的载流子浓度对器件的暗电流有很大的影响,实测器件特性与模拟结果完全符合.文中还对器件结面积和电极尺寸等对暗电流的影响进行了比较和分析.     

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.     

Si基PIN光电探测器电场隔离结构对暗电流的影响

对Si基PIN光电探测器的电场隔离结构进行了研究,讨论了电场隔离结构的作用以及其与暗电流的关系,并进行了仿真模拟与测试分析.电场隔离结构主要将有源区和边缘隔离从而降低暗电流,结合仿真模拟结果和实验测试结果,分析得到电场隔离结构主要降低与周长有关的暗电流,对于小尺寸器件作用更明显.     

InGaAs台面探测器的AIN钝化研究

首次介绍了采用AlN介质薄膜为钝化层的InGaAs台面型探测器(λ=2.4 μm).探测器采用分子束外延(MBE)方法生长的原位掺杂的PIN In0.78Ga0.22As/In0.78Ga0.22As/InxGa1-xAs/InP 外延材料.由于台面型器件的裸露面积较大,特另q是台面的成形工艺所带来的侧面损伤,加大了光生载流子的表面复合,使器件的暗电流、噪声等性能急剧下降.采用新的AlN钝化工艺,制备了8元正照射台面InGaAs探测器,室温下(T=300 K)电压为-0.5 V时.探测器的暗电流(ID)约为9×10-8 A,优值因子(R0A)大于30 Ωcm2,通过与其他钝化工艺所制备的器件的性能进行分析对比得出:AlN能有效地改善器件的表面状态,减小表面复合,从而降低了暗电流,提高了探测器的性能.     

AlInGaN/GaN PIN紫外光电探测器的研制

用AlInGaN四元合金代替AlGaN作为PIN探测器的有源层,研制出AlInGaNPIN紫外探测器.详细介绍了该器件的结构设计和制作工艺,并对器件进行了光电性能测试.测试结果表明,器件的正向开启电压约为1.5 V,反向击穿电压大于40 V;室温-5 V偏压下,暗电流为33 pA,350 nm处峰值响应度为0.163 A/W,量子效率为58%.     

高阻p型硅大面积四象限探测器的研制

采用PIN结构,研制出高阻p型硅大面积四象限探测器。详细介绍了器件结构设计和制作工艺。对器件响应时间、象限串扰、暗电流和响应度等参数进行了计算与分析。实验结果表明,器件响应度达到0.45A/W（λ=1.06μm）,暗电流小于50nA（Vr=135V）,象限间串扰低于2.5%。     

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.     

近红外InGaAs探测器台面结构对器件性能的影响

采用湿法腐蚀方式在PIN型InP/In0.53Ga0.47As/InP材料上制备了不同台面结构的正照射In0.53Ga0.47As探测器,通过比较不同结构器件的性能,如暗电流、信号、噪声,研究了器件性能跟器件结构之间的关系,并分析影响器件性能的因素。研究结果表明,探测器的暗电流、噪声与台面面积是成线性关系的,而信号与台面面积则不是线性关系。探测器的台面可分为光敏区和光敏区外部分,光敏区外部分对暗电流、噪声的贡献与光敏区是一致的,但对信号的贡献这两部分则是不一致的,这主要是由于衬底反射和器件之间的沟道光生载流子的侧向扩散所造成的。     

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。     

用于光纤通信的硅光电探测器的研制

根据光纤入户（FTTH）的应用特点,选用外延层厚度和电阻率各不相同的三种硅外延片,研制了用于FTTH的PIN硅光电探测器,并与硅单晶材料的PN结光电二极管进行了全程比对.测量结果表明,PIN探测器的暗电流可达10-11A量级,响应时间为2 ns.分析了Ⅰ层厚度和电阻率对探测器件暗电流、结电容和响应时间的影响及引起特性差别的原因,为设计能满足光纤通信要求的光电探测器提供了依据.     

双异质结扩展波长InGaAs PIN光电探测器暗电流研究

模拟分析了三种不同结构的双异质结扩展波长In0.78Ga0.22As PIN光电探测器在室温下的暗电流特性,并与器件的实际测量结果进行了比较和讨论。结果表明,对于扩展波长的探测器,零偏压附近暗电流主要为反向扩散电流,随着反向偏压增加,产生复合电流和欧姆电流逐渐起主要作用。在InAlAs/InGaAs异质界面处引入的数字递变超晶格以及外延初始生长的InP缓冲层能够有效地改善探测器的暗电流特性。     

基于锌扩散的InGaAs/InP平面型红外探测器快速热退火研究

系统研究了快速热退火对锌扩散的In_0.53Ga_0.47As/InP PIN探测器的影响。利用电化学电容电压和二次离子质谱技术分析了退火前后Zn和净受主的浓度分布,结果表明退火过程会影响杂质浓度,但不影响扩散深度。制备了不同退火条件的In_0.53Ga_0.47As/InP PIN探测器。器件测试反映,未退火的探测器在260~300K具有更低的器件电容和更高的激活能。通过暗电流成分拟合对器件暗电流机制进行分析,未退火器件表现出更低的肖克利-里德-霍尔产生复合电流和扩散电流,因而室温下未退火器件具有更高的峰值探测率。为了制备高性能低掺杂吸收层结构的平面型InGaAs探测器,快速热退火是不必要的工艺。     

GeSi/Si PIN红外探测器的漏电现象分析

根据半导体理论并结合实验结果，分析了以GeSi／Si超晶格为吸收材料的PIN红外探测器的漏电现象。结果表明：当锗含量x=0．6时，探测器的暗电流密度可达到10-5A／cm2，这是由超晶格的禁带宽度决定的。实际器件的暗电流较大，主要是表面因素和加工工艺的影响。     

GaAs PINs探测器和PIN阵列探测器

Optolynx公司可提供波长８５０nm光通信线路用的系列高速GaAsPINs探测器和PIN阵列探测器。１０GPIN型晶体管具有以下性能：偏压１．５V、有效工作区域直径４０μm、响应度０．４８A／W、电容０．２８pF、暗电流５０pA。３．１２５GPIN型晶体管具有以下性能：有效工作区域直径１００μm、响应度０．５５A／W、电容０．４５pF、暗电流５０pA。这两种类型器件均可作为单个探测器使用，也可构成１×４和１×１２阵列探测器。（No．４２）GaAs PINs探测器和PIN阵列探测器@小平     

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.