SOI基高响应度TFET探测器的设计与仿真

提出一种SOI基的新型隧穿场效应晶体管(TFET)探测器结构,将光电二极管与TFET结合,实现光信号的探测放大。光电二极管的正极与TFET的栅极互连,感光后光电二极管的光生电势调控TFET的沟道势垒,控制TFET的输出电流,实现光信号到电流信号的转化。陡峭的亚阈值摆幅能有效放大输出电流,提高TFET探测器的响应度。应用SILVACO完成探测器结构和性能的模拟仿真。光电二极管的光生电势通过较薄的BOX区形成了TFET的底部栅压,增强了对沟道势垒的控制能力,增大了输出电流,结果表明,探测器对弱光具有较高的响应度,当入射光强小于10mW/cm~2时,响应度可超过10~4 A/W。此外,通过调整光电二极管的反偏电压、在源区与沟道间插入n~+口袋等方法可显著提高探测器的输出电流和响应度。     

基于石墨烯-钙钛矿量子点场效应晶体管的光电探测器

以等离子增强化学气相沉积法制备的石墨烯作为导电沟道材料,将其与无机CsPbI_3钙钛矿量子点结合,设计并制备了石墨烯-钙钛矿量子点场效应晶体管光电探测器.研究和分析了石墨烯作为场效应晶体管的电学特性及其与钙钛矿量子点结合作为光电探测器的光电特性.结果表明,石墨烯在场效应晶体管中表现出良好的电学性质,其与钙钛矿量子点的结合对波长为400 nm的光辐射具有明显的光响应,在光强为12μW时器件光生电流最大为64μA,响应率达6.4 A·W~(-1),对应的光电导增益和探测率分别为3.7×10~4,6×10~7Jones(1 Jones=1 cm·Hz~(1/2)·W~(-1)).     

一种基于AlGaN和石墨烯的紫外-红外双色探测器

通过MOCVD和CVD生长技术,利用高Al组分Al Ga N和单层石墨烯材料进行纵向集成,成功制备了日盲紫外-近红外双色探测器。在工作温度为室温、调制频率为209 Hz以及工作电压分别为10 V和5 V的工作条件下,所制备的双色探测器在紫外波段263 nm处的响应度为5.9 m A/W,在近红外波段1.15μm处的响应度为0.67 m A/W,并且探测器的响应度均随着工作电压的增加而增大。     

In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP雪崩光电二极管响应及电学特性

通过分子束外延生长和开管式Zn扩散方法,制备了低暗电流、宽响应范围的In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP雪崩光电二极管.在0.95倍雪崩击穿电压下,器件暗电流小于10nA;-5V偏压下电容密度低至1.43×10~(-8) F/cm~2.在1 310nm红外光照及30V反向偏置电压下,雪崩光电二极管器件的响应范围为50nW~20mW,响应度达到1.13A/W.得到了电荷层掺杂浓度、倍增区厚度结构参数与击穿电压和贯穿电压的关系:随着电荷层电荷密度的增加,器件贯穿电压线性增加,而击穿电压线性降低;电荷层电荷面密度为4.8×10~(12)cm~(-2)时,随着倍增层厚度的增加,贯穿电压线性增加,击穿电压增加.通过对器件结构优化,雪崩光电二极管探测器实现25V的贯穿电压和57V的击穿电压,且具有低暗电流和宽响应范围等特性.     

石墨烯/二氧化钛异质结场效应探测器光电特性

利用二氧化钛薄膜光吸收及表面钝化特性,在硅晶圆基底表面制备石墨烯/二氧化钛异质结场效应管光电探测器,并研究其光电响应特性.结果表明,二氧化钛钝化后的探测器可以有效抑制沟道表面的气体小分子吸附,降低器件的暗电流漂移;同时,探测器利用石墨烯的电荷敏感和复合薄膜的光谱吸收特性,显著提高了石墨烯场效应管的响应度.紫外波段,顶层二氧化钛吸光产生的光生电子将注入到石墨烯沟道中,对石墨烯沟道产生n型掺杂,器件最大响应度可达3.5×10~5A/W.在可见光波段,因为二氧化钛层与石墨烯薄膜间存在杂质能级,界面间的电荷转移使沟道载流子寿命显著提高.相对于传统的二氧化钛阵列探测器,该探测器在响应波段与响应度性能上都具有明显优势.     

单载流子传输的双异质结光敏晶体管探测器的研究

基于器件仿真器Atlas, 建立了InP/InGaAsP单向载流子传输的双异质结光敏晶体管(UTC-DHPT)的二维模型, 分析讨论了器件性能与外延结构参数的关系. 设计出同时具有高响应度(≥17.93 A/W)和高特征频率(≥121.68 GHz)的UTC-DHPT, 缓解了传统的异质结光敏晶体管光电探测器中探测效率和工作速度的矛盾. 关键词： 单向载流子 光敏晶体管 电流放大倍数 响应度     

基于Pt/GaN/AlGaN异质结高响应度双波段紫外探测器

提出一种在AlGaN基PIN器件的p-GaN表面上沉积Pt,形成肖特基势垒(SB)-PIN异质结器件,器件的能带和载流子的输运发生了变化,这种新型光电探测器实现了双波段紫外探测,可分别工作在光伏和光电导模式下。器件在275 nm波长的紫外光照射的负偏置电压下,工作模式为光伏探测,当入射光功率密度为100μW/cm²,偏置电压为-10 V时,器件得到最大响应度(0.12 A/W);当偏置电压为-0.5 V时,器件得到最大探测率(1.0×10¹³ cm·Hz^1/2·W^-1)。器件在正偏置电压工作模式下可作为高响应、高增益的光电导探测器,当偏置电压为+10 V时,用275 nm和365 nm波长的紫外光照射(光功率密度为100μW/cm²),器件的响应度分别为10 A/W和14 A/W,外量子效率分别为4500%和4890%。所设计的双波段多功能器件将极大地扩展基于AlGaN的紫外探测器的用途。     

基于谐振腔增强型石墨烯光电探测器的设计及性能分析

提出了一种具有超薄有源层的谐振腔增强型石墨烯光电探测器的设计方法,利用谐振腔结构可以将光场限制在腔内,有效增强探测器的吸收.通过研究谐振腔内光场谐振条件及谐振模式下探测器响应度增强的机理,建立了驻波效应下谐振腔增强型石墨烯光电探测器光吸收模型,仿真分析谐振腔反射镜反射率、谐振腔腔长对于腔内光场增强器件性能的影响.理论分析表明,谐振腔增强型石墨烯光电探测器在850 nm处响应度可达0.5 A/W,相比无腔状态下提高了32倍;半高全宽为10 nm.采用谐振腔结构能够提高石墨烯光电探测器件的光电响应,为解决光电探测器响应度与响应速度之间的相互制约关系提供了途径.     

高比探测率和高速石墨烯/n-GaAs复合结构的光电探测器

混合结构的石墨烯/半导体光电晶体管因其超高的响应度而备受关注.然而,该类光电晶体管通过源-漏电极测试得到的比探测率(D．)容易受到1/f噪声的限制.本文制备了混合结构的石墨烯/GaAs光电探测器,通过源-栅电极测得D*大约为1.82X1011 Jones,与通过源-漏电极测量相比,D'提高了约500倍.这可归因于界面上...     

SiCGe/SiC 异质结及其光电特性的MEDICI 模拟

在对SiC1-xGex三元合金主要特性的研究基础上，利用器件仿真器MEDICI模拟和分析SiCGe/SiC异质结光电二极管的光电特性。计算表明， SiC1-xGex 在Ge组分为0.3时与3C-SiC晶格失配较小，此时的SiCGe/SiC异质结对可见光和近红外光有较好的光谱响应。当P型SiC1-xGex层杂质浓度为1×1015cm-3、厚度1.6μm、x=0.3时，SiC1-xGex /SiC异质结光电二极管对0.52μm可见光有250mA/W左右的响应度，对0.7μm近红外光也有102mA/W左右的响应度。     

高光电探测效率CMOS单光子雪崩二极管器件

基于0.18μm CMOS工艺技术,制作了单光子雪崩二极管,可对650~950nm波段的微弱光进行有效探测.该器件采用P~+/N阱结构,P~+层深度较深,以提高对长光波的光子探测效率与响应度;采用低掺杂深N阱增大耗尽层厚度,可以提高探测灵敏度;深N阱与衬底形成的PN结可有效隔离衬底,降低衬底噪声;采用P阱保护环结构以预防过早边缘击穿现象.通过理论分析确定器件的基本结构参数及工艺参数,并对器件性能进行优化设计.实验结果表明,单光子雪崩二极管的窗口直径为10μm,器件的反向击穿电压为18.4V左右.用光强为0.001 W/cm~2的光照射,650nm处达到0.495A/W的响应度峰值;在2V的过偏压下,650~950nm波段范围内光子探测效率均高于30%,随着反向偏压的适当增大,探测效率有所提升.     

强激光辐照下光电探测器响应性能的研究

 响应度R是反映探测器性能的一项重要指标,当探测器被强激光损伤后,光电探测器的响应度将发生改变。设计了一套实时测量探测器响应度的装置,用能量逐渐增加的Nd∶YAG激光辐照PIN光电探测器,获得了探测器响应度与入射强激光功率密度的变化关系。从实验数据可知,探测器被功率密度低于7.6×105W/cm2的激光辐照后不会发生损伤,探测器对532nm参考光的响应度不变;当激光的功率密度超过1.27×106W/cm2时,激光辐照后,探测器对532nm参考光的响应度开始下降,当探测器被功率密度为6.01×106W/cm2的激光辐照后,响应度迅速下降,PN结遭到破坏是探测器响应度下降的根本原因,扫描电镜的结果与我们的分析相一致。     

A High Performance Terahertz Waveguide Detector Based on a Low-Barrier Diode

A Schottky barrier diode with low-barrier is presented,based on which a terahertz waveguide detector working at500-600 GHz is designed and fabricated.By using the InGaAs/InP material system,the feature of the low barrier is obtained which greatly improves the performance of the detector.The measured typical voltage responsivity is about 900 V/W at 500-560 GHz and is about 400 V/W at 560-600 GHz.The proposed broadband waveguide detector has the characteristics of simple structure,compact size,low cost and high performance,and can be used in a variety of applications such as imaging,molecular spectroscopy and atmospheric remote sensing.     

Low frequency characteristics of a quasioptical Schottky diode detector part II: Experimental results

A detailed experimental study of the low frequency (video) response of a quasioptical Schottky diode detector over the microwave and FIR wavelength range is presented. An optimization of the responsivity versus the bias current is proposed and a generalized curve of the saturation power versus the FIR wavelength is given. This curve defines for any antenna point-contact Schottky diode detector, suitable for FIR detection, the power range for a linear detector response. A simple method is also described to calculate the coupling efficiency of the laser radiation into the antenna reception pattern.     

Operating temperature and the responsivity of split-off band detectors

A GaAs/AlGaAs heterojunction is used as a spin-split-off band IR detector operating at or around room temperature. This detector structure followed a similar layer architecture to the quantum well IR photo detectors (QWIP) and Heterojunction Interfacial Work function Internal Photoemission (HEIWIP) detectors. Compared to QWIPs, the emitter layer thickness is increased to avoid confinement. Unlike either the QWIPs or HEIWIPs, these detectors will have two energy gaps (barriers) to obtain the wavelength threshold which could be used to design detectors either for optimum operating temperature or optimum responsivity. The free carrier energy gap is determined by the Al fraction and the spin-split-off transition energy provides another handle on controlling the effective threshold of the detector. Unlike QWIPs, these will also detect normal incidence radiation. A preliminary detector showed a peak responsivity of 0.29 mA/W at 2.5 μm at room temperature.     

基于PTCDA的有机/无机光敏二极管结构优化

以p型硅和苝四甲酸二酐 （perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid dianhydride,PTCDA）为异质结,梳状金（Au）薄膜作为顶电极和光入射窗口制备了光敏二极管。研究表明,PTCDA的厚度和Au电极的厚度对光敏二极管的光响应度有很大的影响。对比不同PTCDA厚度的器件性能,在PTCDA厚度为100 nm时,光响应度最高达到0.3 A/W。进而采用最优化的100 nm厚的PTCDA薄膜制备硅基光敏二极管,对比不同Au电极厚度的器件性能。在Au厚度为20 nm时,器件的光响应度达到最优化的0.5 A/W。     

A High-Sensitivity Terahertz Detector Based on a Low-Barrier Schottky Diode

A low-barrier Schottky barrier diode based on the InGaAs/InP material system is designed and fabricated with a new non-destructive dry over-etching process. By using this diode, a high-sensitivity waveguide detector is proposed. The measured maximum responsivity is over 2000 mV/mW at 630 GHz. The measured noise effective power(NEP) is less than 35 pW/Hz~(0.5) at 570-630 GHz. The minimum NEP is 14 pW/Hz~(0.5) at 630 GHz. The proposed high-sensitivity waveguide detector has the characteristics of simple structure, compact size, low cost and high performance, and can be used in a variety of applications such as imaging, molecular spectroscopy and atmospheric remote sensing.     

InAlAs浓度对In_(0.83)Al_(0.17)As/In_(0.83)Ga_(0.17)As红外探测器特性的影响北大核心CSCD

红外探测器的性能受内部结构各层掺杂浓度的影响,而倍增层掺杂浓度会明显改变器件的性能。为了降低暗电流,提高器件性能,采用三元化合物In_(0.83)Al_(0.17)As作为倍增层材料,借助仿真软件Silvaco详细研究了In_(0.83)Al_(0.17)As/In_(0.83)Ga_(0.17)As红外探测器的倍增层掺杂浓度对器件电场强度、电流特性和光响应度的影响规律。结果表明,随着倍增层掺杂浓度的增加,器件倍增层内的电场强度峰值增加,同时,器件的暗电流与光响应度减小。进一步研究发现,当倍增层掺杂浓度为2×10^(16) cm^(−3)时,器件获得最优性能,暗电流密度为0.62144 A/cm^(2),在波长为1.5μm时,光响应度和比探测率分别为0.9544 A/W和1.9475×10^(9) cmHz^(1/2)W^(−1)。     

平面型大光敏元InGaAs线列探测器及其应用

采用晶格匹配的平面型InP／In瞄。Ga叫,As／InP外延材料,设计了一种大光敏元、带有保护环的InGaAs线列探测器。通过I—V9n,4试、扫描电容显微技术（SCM）测试,研究并确定了线列器件的盲元与保护环结构之间的关系。通过设计改进,解决了器件的盲元问题。24×1InGaAs线列短波红外探测在室温20℃、-10mV偏压下,暗电流密度约5nA／cm2。将光敏芯片密封在集成了热电制冷器（TEC）的金属管壳内,组件工作温度5℃,探测器响应光谱在1．0肚m～1．67肚m范围,平均峰值电流响应率为1．3A／W,平均峰值探测率为3．4×10他cm·Hz1/2／W,响应的非均匀性为1．5％。探测器经历一定条件的可靠性筛选试验后,性能未发生明显变化,并进行了航空机载成像应用,成像图片清晰。     

基于高阻ZnO薄膜的光电导型紫外探测器

本文通过射频磁控溅射法在玻璃衬底上沉积一层ZnO薄膜, 制备了Al-ZnO-Al 结构光电导型紫外探测器件, 并在室温下测试了所制备器件的暗场特性及其对紫外线的响应特性. 暗场条件下器件电流特性测试结果表明所制备的ZnO薄膜电阻率达到了3.71×10⁹ Ω · cm, 是一种高阻薄膜. 在波长365 nm, 光强303 μW/cm²的紫外线照射下, 薄膜的电阻率为7.20×10⁶ Ω · cm, 探测器明暗电流比达到了516. 40 V偏置电压条件下周期性开关紫外线照时, 探测器的上升和下降时间分别为199 ms和217 ms, 响应速度快且重复性好, 并利用ZnO半导体表面复合慢过程和体复合快过程对瞬态响应过程进行了理论拟合分析. 本文研究结果表明, 高阻ZnO薄膜紫外探测器具有良好的紫外光电响应特性.