平面型InGaAs/InP APD边缘提前击穿行为的抑制

平面型雪崩光电二极管(APD)在结弯曲处具有高的电场,导致在结边缘的提前击穿.运用FEMLAB软件对不同工艺流程制备的三种不同结构平面型InP/InGaAs APD的电场分布进行了二维有限元模拟,在表面电荷密度为5×1011cm-2时分析了吸收层厚度、保护环掺杂浓度、保护环和中央结纵向及横向间距等因素对边缘提前击穿特性的抑制程度.比较了这三种结构的InP/InGaAs APD在边缘提前击穿的抑制特性的优劣.通过理论研究对平面InP/InGaAs APD进行了优化.     

平面型InP/InGaAs雪崩光电二极管多级台阶结构研究

平面型雪崩光电二极管(APD)在结弯曲处具有更高的电场,易导致结边缘的提前击穿.运用FEMLAB软件对多级台阶结构的平面型InP/lnGaAs APD的电场分布进行了二维有限元模拟,在表面电荷密度为5×10~(11)cm~(-2)时分析了台阶级数、台阶高度等因素对边缘提前击穿特性的抑制程度.通过理论研究对平面InP/InGaAS APD进行了优化.

Abstract：

For planar-type avalanche photodiode (APD), it is hard to suppress edge pre-breakdown with double-stepped p-region profile. In order to suppress the edge pre-breakdown, amulti-stepped p-region is proposed and studied. A finite element two-dimensional (2-D) simulation is performed to study the electric field of planar-type APD with multi-stepped p-region. The effects of the step number and deep in suppressing the edge pre-breakdown are analyzed and the planar-type APD structure is optimized theoretically.     

基于0.35μm CMOS工艺的APD器件仿真分析

提出了一种基于0.35μm CMOS工艺的、具有p+/n阱二极管结构的雪崩光电二极管(APD),器件引入了p阱保护环结构.采用silvaco软件对CMOS-APD器件的关键性能指标进行了仿真分析.仿真结果表明:p阱保护环的应用,明显降低了击穿电压下pn结边缘电场强度,避免了器件的提前击穿.CMOS APD器件的击穿电压为9.2V,工作电压下响应率为0.65 A/W,最大内部量子效率达到90％以上,响应速度能够达到6.3 GHz,在400～900 nm波长范围内,能够得到很大的响应度.     

碲镉汞APD平面型PIN结构仿真设计研究

碲镉汞(HgCdTe)线性雪崩焦平面因其相对低的过剩噪声、较小的工作电压、线性可调等优点,得到了广泛关注。基于电子雪崩中波HgCdTe PIN二极管结构,开展暗电流模型和Okuto-Crowell增益模型仿真。通过改变器件材料结构参数模拟不同电压下的暗电流和增益特性。计算讨论了不同I区(本征区)厚度和载流子浓度对器件暗电流和增益的影响。结果表明结区峰值场强的变化会导致直接隧穿(BBT)电流产生率数量级上的剧烈变化;增加I区厚度和降低I区掺杂浓度可有效抑制BBT电流;增益随场强的变化趋势与BBT电流随场强的变化趋势一致;因此抑制BBT电流的措施会造成增益性能的下降,需要优化参数以获得最佳性能。综合考虑暗电流和增益性能,I区的厚度应不小于3μm,I区浓度需控制在5×10¹⁴cm^-3以下。单元中波APD的增益实验结果与仿真数据较好地吻合,表明了理论模型的正确性。     

一种高带宽NP 型CMOS APD 的研究

提出了一种高带宽的硅基CMOS雪崩光电二极管(APD)器件。该器件在N阱/P衬底基本结构的基础上,增加一个N型深掩埋层,并在该掩埋层单独加上电压,以减小载流子的输运时间。通过理论分析确定了器件的结构参数,通过器件性能的仿真分析对相关参数进行了优化设计。仿真结果表明:采用标准0.18 m CMOS工艺,所设计的APD器件的窗口尺寸大小为20 m20 m,在反向偏压为16.3 V时,器件的雪崩增益为20,响应度为0.47 A/W,3 dB带宽为8.6 GHz。     

高边缘击穿和扩展光谱的圆形单光子雪崩二极管

介绍了一种0. 18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的新型宽光谱荧光相关谱探测器,其为高边缘击穿、扩展光谱和低暗计数率的圆形单光子雪崩二极管(SPAD).该器件由p+/deep n-well结,p-well保护环和多晶硅保护环组成.通过Silvaco TCAD 3D器件仿真,直径为10μm的圆形p+/deep n-well SPAD器件具有较高边缘击穿特性.此外,p+/deep n-well结SPAD比p+/n-well结SPAD具有更长的波长响应和扩展光谱响应范围.该器件在0. 5 V过量偏压下,可在490～775 nm波长范围内实现超过40%的光子探测率.该圆形p+/deep n-well SPAD器件在25℃时具有较好雪崩击穿为15. 14 V,具有较低暗计数率为638 Hz.     

肖特基二极管异常击穿特性曲线的研究

本文简述了肖特基二极管的原理,结构、性能特点,分析了生产中经常出现的异常击穿特性曲线,并提出了相应的改进措施.     

肖特基二极管异常击穿特性曲线的研究

本文简述了肖特基二极管的原理，结构，性能特点，分析了生产中经常出现的异常击穿特性曲线，并提出了相应的改进措施。     

硅PiN管的雪崩击穿的修正

硅PiN结构在工业产品中有多种应用,是多种二极管的基本结构。本文分析了该结构的雪崩击穿特性,推导得到一个适合于PiN结构的突变结雪崩击穿电压公式。该解析式能估算器件杂质分布为单边突变结、双边突变结和PiN结构的雪崩击穿电压,修正了以往解析式中i层宽度为零时,击穿电压为零的错误结论。该解析式对于PiN管的器件物理分析、工艺结构的优化和产品流水线的监控是有用的。     

p型接触界面氧影响SiC APD暗电流的机制研究

SiC雪崩光电二极管(APD)作为一种微弱紫外光探测器件,高探测灵敏度对器件暗电流水平提出极高要求。在SiC APD复杂的制备过程中,器件暗电流是极其敏感的,为了探索工艺中暗电流的影响因素并分析其机制,对四种不同工艺条件下制备的SiC APD进行对照分析,通过电流-电压曲线展现器件的输出特性,并结合扫描电子显微镜(SEM)来研究相关界面的表面特性,从而揭示漏电机制。研究表明,器件制备过程中界面氧的引入在高温退火过程中会诱导金属-半导体界面缺陷的形成,从而导致暗电流的急剧增加,这种缺陷的诱导机制还和p型接触金属密切相关。在器件制备过程中,在氧等离子体去胶等可能引入氧氛围的工艺步骤后,对外延片进行氢氟酸腐蚀以去除氧氛围能够有效降低器件的暗电流。     

具有抑制边缘击穿的层叠结结构的平面型InGaAs/InP盖革雪崩光电二极管的设计

通过有限元分析设计了具有抑制边缘击穿的层叠边缘结结构的平面型InGaAs/InP盖革雪崩光电二极管.通过仔细地控制中央区域结的深度,光电二极管的击穿电压降至54.3V;同时通过调整InP倍增层的掺杂浓度和厚度,沿器件中轴的电场分布也得到了控制.在有源区的边缘采用层叠pn结结构有效地抑制了过早边缘击穿现象.仿真模拟显示四层层叠结构是边缘击穿抑制效果和制造工艺复杂度的一个好的折衷方案,该结构中峰值电场强度为5.2×105kV/cm,空穴离化积分最大值为1.201.本文提供了一种设计高性能的InGaAs/InP光子汁数雪崩光电二极管的有效方法.     

具有抑制边缘击穿的层叠结结构的平面型InGaAs/InP盖革雪崩光电二极管的设计

通过有限元分析设计了具有抑制边缘击穿的层叠边缘结结构的平面型InGaAs/InP盖革雪崩光电二极管. 通过仔细地控制中央区域结的深度,光电二极管的击穿电压降至54.3V; 同时通过调整InP倍增层的掺杂浓度和厚度,沿器件中轴的电场分布也得到了控制. 在有源区的边缘采用层叠pn结结构有效地抑制了过早边缘击穿现象. 仿真模拟显示四层层叠结构是边缘击穿抑制效果和制造工艺复杂度的一个好的折衷方案,该结构中峰值电场强度为5.2E5kV/cm,空穴离化积分最大值为1.201. 本文提供了一种设计高性能的InGaAs/InP光子计数雪崩光电二极管的有效方法.     

雪崩光电探测器的噪声抑制技术研究

背景光噪声和探测器暗噪声是影响激光测距系统探测灵敏度的重要因素,根据所选探测器的特性,仿真分析了温度对探测器暗噪声的影响,当温度由60℃降低到-40℃时,探测器噪声等效功率减小1个数量级;同时采用光谱滤波和空间滤波法抑制背景光噪声,从而提高激光测距系统探测灵敏度。仿真计算结果表明,当同时采用降温、光谱滤波和空间滤波方法抑制噪声时,探测灵敏度可提高7.7倍。     

盖革模式雪崩光电二极管的主动淬灭电路研究

紫外光通信作为新型通信方式,在短距离通信领域具有潜在的应用前景.紫外光通信的探测电路可分为线性模式和盖革模式,盖革模式探测电路在系统带宽和探测灵敏度等方面具有显著优点.本文研究了基于盖革模式雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)的单光子探测电路,实现对微弱紫外光信号的探测.采用主动淬灭快恢复电路,通过淬灭信号和恢复信号控制APD阳极电位,从而减小死时间,提高系统的计数上限.实验发现,对于主动淬灭电路而言,当死时间过小时,淬灭时间和恢复时间除了受到淬灭信号和恢复信号控制外,还会受到电路中电容充放电时间的影响.本文从理论和实验两方面研究了电路中电容和电阻对死时间的影响,为进一步缩短死时间提供了理论指导.     

微弱光信号探测APD处理电路设计

雪崩光电二极管(APD)具备微弱光信号探测性能,其相关处理电路的设计直接关乎APD探测能力的大小。分析了APD光电探测器工作原理、自身特性及外界影响因素,研究了APD工作电路的组成与最佳工作电路的设计问题。后期信号处理阶段,设计了APD信号放大处理电路,满足了低噪声、带宽匹配,微弱信号放大的要求。在APD微弱光信号探测领域具有一定的意义。     

基于盖革模式雪崩光电二极管紫外计数系统

针对工作在盖革模式下的硅基雪崩光电二极管(APD)进行了接收电路的设计,通过主动淬灭加快恢复的方式,对APD偏压进行调控,利用单稳态触发器使淬灭信号和恢复信号独立控制APD阳极的电压,从而同时控制淬灭时间和恢复时间,将死时间缩短至100.5ns,计数频率提升到10MHz,有效减少了后脉冲效应。采用脉冲甄别技术和单片机,对脉冲信号进行计数,通过对可见盲光子计数和暗计数的甄别,实现对微弱紫外信号的检测,为盖革模式下APD紫外通信奠定了基础。     

边缘击穿抑制对InGaAs/InP盖革模式APD性能的影响

基于吸收区倍增区分置(SAM)结构研制了一种用于单光子探测的平面型InGaAs/InP盖革模式雪崩光电二极管(APD).着重讨论了边缘击穿抑制效果对器件暗计数率、单光子探测效率,以及后脉冲概率等主要盖革模式性能参数的影响,并对其原因进行了探讨与分析.研究结果表明,有效抑制边缘击穿是获得高性能InGaAs/InP平面型盖革模式雪崩光电二极管的关键因素之一,受边缘击穿抑制效果影响,探测效率随过偏压增速缓慢,而当过偏压达到一定值时,暗计数率与后脉冲概率成倍增加.     

场限环结构电压和边界峰值电场分布及环间距优化

采用与平面结物理机理最接近的圆柱坐标对称解进行分析 ,提出了平面结场限环结构的电压分布和边界峰值电场的解析理论。以单场限环为例 ,给出了场限环结构极为简单的各电压和边界峰值电场表达式。讨论了不同环间距和反偏电压对场限环电压的影响 ,并用流行的 2 -D半导体器件模拟工具 MEDICI对解析计算进行了验证。根据临界电场击穿近似 ,讨论了环间距的优化设计并给出了优化环间距表达式。在一定结深和掺杂浓度时 ,理论计算给出了与数值分析一致的优化环间距和最高击穿电压值