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。     

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.     

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。     

考虑电极反射与吸收条件下4H-SiC金属-半导体-金属紫外光探测器响应度对器件结构依赖性的二维数值计算

本文使用数值计算方法建立了4H-SiC金属-半导体-金属紫外光探测器的二维模型。通过求解泊松方程,电流连续方程以及电流密度方程计算了该探测器依赖于器件结构的响应度。计算结果与实验数据符合较好,验证了模型的正确性。考虑到金属电极对紫外光的反射和吸收,详细研究了各种器件参数对响应度的影响并分析了其工作机理。结果表明响应度与电极高度成反比并随电极间距和宽度的增加而增加。紫外可见比大于1000。通过优化探测器结构,电极高度为50 nm电极宽度和间距为3 μm 和9 μm的探测器在10V偏压下具有最高响应度 180.056 mA/W,同时该探测器的峰值量子效率和最大紫外可见比分别为77.93%和1875。     

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。     

InGaAs/Si雪崩光电二极管

采用Si/InP低温晶片键合技术,设计并制作了InGaAs/Si雪崩光电二极管.器件利用InGaAs做吸收层,Si做增益层,光敏面大小50μm×70μm;测试结果表明器件有正常的光响应特性,击穿电压为41 V,暗电流为99 nA,此时光电流比暗电流高3个数量级.     

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.     

基于GaAs衬底的晶格失配InAs0.07Sb0.93薄膜的红外探测特性

利用MBE的方法在晶格失配的GaAs衬底上制备了新型红外探测材料InAs0.07Sb0.93薄膜。并利用电子束刻蚀的方法在InAs0.07Sb0.93薄膜表面进行了电极的制备。使用标准黑体及傅里叶红外光谱仪对制备成的光电导器件的黑体响应、暗电流以及光电流谱进行了测试,结果表明,所制备的红外探测器获得了响应峰值为4μm、响应半峰宽为4μm的中波宽带响应。     

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.     

杂模抑制薄膜体声波谐振器的仿真分析

该文研究了电极边界阶梯结构对薄膜体声波谐振器(FBAR)杂波的影响。采用有限元仿真法讨论了阶梯结构宽度尺寸对杂波的抑制效果,结合振型分析该结构能抑制声波能量的泄露,提高器件品质因数。为了进一步验证仿真结果,实验制备了FBAR器件。测试结果表明,当该阶梯结构凸起宽度为3μm,凹陷宽度为1.5μm时,谐振器杂波被有效抑制,反谐振频率处的品质因数约增大100。     

用于远红外探测的Si:P阻挡杂质带红外探测器研制

提出了全外延技术方案制备阻挡杂质带薄膜,避免了离子注入制备背电极层影响外延薄膜质量的技术难点.基于硅器件工艺设计制作了Si:P阻挡杂质带红外探测器.测量了器件的光电流响应谱和暗电流特性曲线,指认了叠加在光电流响应谱上的尖锐杂质峰对应阻挡层中磷原子的杂质跃迁.研究了器件在低温下小偏压范围内的暗电流起源.通过对计算结果分析,排除了该区域暗电流起源于热激发电导和跳跃式电导的可能,指出暗电流来自器件对冷屏的光电响应.器件工作温度5 K,工作偏压1.6 V时,响应波段覆盖2.5~40μm,峰值波长28.8μm,峰值响应率20.1 A/W,峰值探测率3.7×1013cm·Hz1/2/W(背景光子通量低于1013ph/cm2·s).     

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.     

β-Ga_2O_3薄膜的分子束外延生长及其紫外光敏特性研究

采用分子束外延(MBE)方法在Al2O3(0001)基片上生长了β-Ga2O3薄膜,利用XRD、SEM和AFM对薄膜的结构和形貌特性进行了表征。制作了基于β-Ga2O3薄膜的金属-半导体-金属(MSM)结构紫外探测器并对其进行了电学特性测试,结果表明:在20 V偏压下,器件的暗电流为8 nA;在波长为254 nm、光照强度为13×10–6W/cm2的紫外光照射下,器件的光电流为624 nA;器件的光电流与暗电流比值为78,光响应度达360 A/W,表现出明显的日盲紫外光响应特性。     

中波-长波双色量子阱红外探测器

采用n型掺杂的AlGaAs/GaAs和AlGaAs/InGaA多量子阱材料,基于MOCVD外延生长技术,利用成熟的GaAs集成电路加工工艺,设计并制作了不同结构的中波-长波双色量子阱红外探测器(QWIP)器件,器件采用正面入射二维光栅耦合,光栅周期设计为4μm,宽度2μm;对制作的500μm×500μm大面积双色QWIP单元器件暗电流、响应光谱、探测率进行了测试和分析。在-3V偏压、77K温度和300K背景温度下长波(LWIR)和中波(MWIR)QWIP的暗电流密度分别为0.6、0.02mA/cm2;-3V偏压、80K温度下MWIR和LWIR QWIP的响应光谱峰值波长分别为5.2、7.8μm;在2V偏压、65K温度下,LWIR和MWIR QWIP的峰值探测率分别为1.4×1011、6×1010cm.Hz1/2/W。     

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...     

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%。     

Si基Ge波导光电探测器的制备和特性研究

以外延Ge薄膜为吸收区,在Si基上制备了Ge波导光电探测器。利用超高真空化学汽相淀积(UHV/CVD)设备,采取低温高温两步法,在Si(100)衬底上外延出厚度约为500nm的高质量纯Ge层。探测器采用脊型波导结构,Al电极分别制作在波导的台面上下形成背对背肖特基结。I-V特性测试表明,在-1V偏压下,暗电流密度为0.2mA/cm2。由于Si与Ge热失配引起外延的Ge薄膜受到0.2%张应变,减小了Ge带隙,光响应波长范围扩展到1.60μm以上。在70mW、1.55μm入射光照射下,测得光电流比暗电流高出近1个数量级。     

含有超晶格电子势垒的In0.83Ga0.17As探测器暗电流仿真和验证

为了获得In0.83Ga0.17As探测器的暗电流机制,采用了TCAD软件对吸收层中含有和不含有超晶格电子势垒的p-i-n结构探测器暗电流特性进行仿真,并开展了器件验证,结果表明,超晶格势垒可以调整器件的能带结构,改变载流子传输特性,降低SRH复合,从而降低器件的暗电流,仿真结果与实验结果吻合;并在此基础上,分析了势垒位置和周期变化对暗电流的影响,提出了进一步降低器件暗电流的超晶格电子势垒优化结构。