基于SOI的蓝紫光探测器的设计

针对仿生微纳导航传感器对380～520nm波长的探测要求,从Lambert定理出发,设计了一种蓝紫光探测器,并对器件的结构和工艺进行了优化分析.利用SOI硅片上薄的单晶硅层,实现了较高的蓝紫光响应度,同时抑制了可见光中的长波和近红外光的响应度.当SOI硅片的器件层厚度为3μm时,450nm波长的响应度为0.348 A/W,900nm波长的响应度为0.054 A/W.数值计算和理论分析表明,设计的器件是一种高性能的蓝紫光敏感光电探测器.

Abstract：

According to the requirement of detecting the wavelength of 380~520 nm of the bionic micro-nano navigation sensor,a blue/violet sensitive silicon photodetector based on Lambert Law was proposed.The structure and process were optimized and analyzed.By taking advantage of the thin layer of SOI wafer,the detector repressed the responsivity of longer wavelength in the visible and near-infrared range while maintaining a high blue/violet responsivity.When the thickness of the device layer of the SOI wafer was 5 μm,the responsivities of λ= 450 nm and λ= 900 nm were 0.348 A/W and 0.054 A/W respectively.Numerical calculation and theoretical analysis show that the designed device is a high performance photodetector with high blue/violet responsivity.     

光电位置敏感探测器及其应用

综述了位置敏感探测器的应用及其工作原理，介绍了位置敏感探测器的研究动态，并展望了其发展前景。     

单片集成于SOI上的光电探测器

介绍了SOI基片的制作,和在SOI上集成光电二极管和电路得到光电探测器的几种方法,以及目前在SOI上做出来的各种光电二极管的结构与特性。     

位置敏感光电探测器

位置敏感光电探测器具有广泛的用途，介绍了器件的工作原理，输出信号的位置表达式及各种不同几何图形，等效电路，位置线性度和清晰度等参数性能，存在的缺点，以及不同几何结构的器件性能比较。     

光学吸收性能增强20倍的SOI型光电探测器

增加一层单层的纳米级微粒,就能显著地改变物质结构的光学性质.最近我们提供了一个实际例子:在薄薄的硅在绝缘层上(SOI)的光电探测器上,增加一层纳米微粒的银(Ag)层,其光学吸收能力(吸收波长λ≈800 nm)会增加大约20倍[1].图1上部表示SOI样品的几何图形以及纳米微粒层的一张扫描电子显微镜(SEM)成像图,微粒的平均直径D=108nm.     

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.     

拓扑绝缘体光电探测器研究进展

由于拓扑绝缘体具有优异的光学和电学特性以及特殊的能带结构,使其在发展高性能的宽光谱光电探测器方面具有巨大的前景。然而由于拓扑绝缘体的发现较晚,其在光电探测器领域的研究还处于初始阶段。因而存在许多亟待解决的问题,如制备更高质量的拓扑绝缘体材料。本综述概述了拓扑绝缘体材料的发展历程,并从材料制备和材料体系的角度阐述了基于拓扑绝缘体材料的光电探测器的研究进展,并展望了拓扑绝缘体材料在光电探测器领域的发展前景。     

标准CMOS工艺下Si光电探测器的模拟与设计

设计了与标准CMOS工艺兼容的硅双光电探测器,并从理论上计算和分析了其绝对光谱响应.0.5μm CMOS工艺条件数值模拟结果显示,在无抗反射膜情况下该探测器在400～900nm波长范围内响应度都在0.2A/W以上,尤其是在短波长处效果比一般的探测器要好.还就反向偏压以及CMOS工艺中介质与钝化层等因素对探测器响应度的影响进行了讨论.     

Design and simulation of blue/violet sensitive photodetectors in silicon-on-insulator

According to Lambert's law, a novel structure of photodetectors, namely photodetectors in silicon on-insulator, is proposed. By choosing a certain thickness value for the SOI layer, the photodetector can absorb blue/violet light effectively and affect the responsivity of the long wavelength in the visible and near-infrared re gion, making a blue/violet filter unnecessary. The material of the SOI layer is high-resistivity floating-zone silicon which can cause the neutral N type SOI layer to become fully depleted after doping with a P type impurity. This can improve the collection efficiency of short-wavelength photogenerated carriers. The device structure was optimized through numerical simulation, and the results show that the photodiode is a kind of high performance photodetector in the blue/violet region.     

GaAs基量子阱谐振腔增强型光电探测器特性研究

通过对谐振腔增强型（RCE）光电探测器的理论分析和实验测试结果，证明对应不同光束入射角度， RCE光电探测器的模式波长按一定规律可调谐. 并给出当入射角度变化10°～60° ，模式调谐范围约为40nm，而谐振波长处的量子效率峰值及半高宽FWHM的变化与材料吸收系数紧密相关.     

新型光电探测器的研究

针对RCE光电探测器存在的问题提出两种解决方案。将InP／空气隙的分布布拉格反射镜(DBR)结构引入RCE光探测器,只用1．5对InP／空气隙计算反射率约为95％,解决了长波长反射镜制备问题。所制备的器件,在波长1．585μm处获得了约54．5％的峰值量子效率,以及8GHz的3dB响应带宽。另一种引入斜镜结构解除了量子效率与超窄光谱响应线宽的相互制约。     

（英）量子点红外探测器的光电流和响应率

通过考虑光电导增益对探测器所加电压的依赖性改进了包含电子持续势能和总电子传输的光电流模型,并进一步将这个改进的模型用于估算探测器的响应率.相应的计算结果与公布的结果相比较,具有很好的一致性,证明了改进模型的正确性.     

基于微型谐振腔的环形光探测器设计

提出了一种基于微型谐振腔的新型环形光探测器(MRPD),MRPD采用谐振腔和吸收腔分离的结构.MRPD避免了直波导与环形腔完全耦合时限制因子极低的问题,具有更强的可行性.导出了量子效率的表达式,分析了量子效率与谐振腔半径的关系及透射系数与光谱半高全宽(FWHM)的关系.     

基于杨氏双缝干涉原理的SOI微环生物传感器结构与模拟

提出了一种基于杨氏双缝干涉原理的SOI基微环生物传感器。利用散射矩阵方法和双缝干涉原理得到了干涉屏上的干涉场强分布,研究结果显示,我们提出的这种传感结构非常有利于生物传感的应用,因为干涉图形相对于微环周围折射率的变化非常敏感。微环周围折射率的微小扰动就会引起干涉屏上干涉相消点的显著移动。我们通过探测干涉屏上干涉相消点的移动达到检测上限制层折射率变化的目的。     

A novel structure of silicon-on-insulator microring biosensor based on Young's two-slit interference and its simulation

A novel silicon-on-insulator microring biosensor based on Young’s twoslit interference has been demonstrated. The transducer signal from electric field intensity distribution on the interference screen is given by using the transfer matrix method(TMM) and two-slit interference principle.The result shows that the structure we propose is advantageous for sensing as the interference pattern is very sensitive to the ambient refractive index around the microring.A small perturbation in refractive index around the microring△n_c will result in a notable shift of destructive interference points(DIPs) on the interference screen.By detecting the shift of the DIPs,the ambient refractive index change can be obtained.     

Si基Ge波导共振腔增强型光电探测器的制备和特性研究

采用低温缓冲层技术,在硅(Si)衬底上生长了质量 优良的锗(Ge)薄膜。Ge层受到由于Si和Ge热膨胀系数不同引入张应变,大小约为0. 16%。以 外延的Ge层作为吸收区,前后以Ge/空气作为分布布拉格反射镜(DBR),在Si基上制备波导共 振腔增强 型(RCE)光电探测器。测试表明,器件在－1V偏压下,暗电流密度为14.9mA/cm²;在零偏压下, 器件的响应光谱在1.3~1.6μm波长范围内观察到4个共振增强峰,分 别位于1.35、 1.50μm,光响应波长范围扩展到1.6μm以上,采用传输矩阵法模拟的 响应光谱与实验测得结果近似吻合;在1.55μm入射光的照射下,测 得光响应度为21.4mA/W。