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.     

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)。     

Mg2Si/Si雪崩光电二极管的设计与模拟

Mg₂Si作为一种天然丰富的环保材料,在近红外波段吸收系数高,应用于光电二极管中对替代市面上普遍使用的含有毒元素的红外探测器具有重要意义.采用Silvaco软件中Atlas模块构建出以Mg₂Si为吸收层的吸收层、电荷层和倍增层分离结构Mg₂Si/Si雪崩光电二极管,研究了电荷层和倍增层的厚度以及掺杂浓度对雪崩光电二极管的内部电场分布、穿通电压、击穿电压、C-V特性和瞬态响应的影响,分析了偏置电压对IV特性和光谱响应的影响,得到了雪崩光电二极管初步优化后的穿通电压、击穿电压、暗电流密度、增益系数(Mn)和雪崩效应后对器件电流的放大倍数(M).当入射光波长为1.31μm,光功率为0.01 W/cm²时,光电二极管的穿通电压为17.5 V,击穿电压为50 V,在外加偏压为47.5 V (0.95倍击穿电压)下,器件的光谱响应在波长为1.1μm处取得峰值25 A/W,暗电流密度约为3.6×10^–5A/cm², Mn为19.6,且Mn在器件击穿时有最大值为102, ...     

p-i-nInP/In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP探测器结构优化

利用半导体仿真工具Silvaco对p-i-n InP/In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP近红外光探测器进行优化仿真.参考实际器件对红外探测器进行建模,并将其暗电流、光谱响应仿真结果与实验结果进行拟合,保证仿真结果的有效性.以减小探测器的暗电流为目的,优化其结构.针对探测器吸收层厚度和吸收层掺杂浓度对暗电流、光响应的影响进行研究,发现当吸收层厚度大于0.3μm后,暗电流不再上升,但光响应随着吸收层厚度的增加而增大;当吸收层掺杂浓度不断上升时,器件暗电流不断降低,当掺杂浓度上升到2×1017/cm3时,暗电流达到最低值.本文还研究了p-i-n型探测器的瞬态响应,探究了响应速度与反偏电压之间的关系,发现提高反偏电压能减小探测器响应时间.     

Ⅰ型倍增层对异质SAM结构InSb-APD红外探测器性能的影响

红外探测器的光电特性会受到内部结构倍增层参数的影响,为了能够改善器件的雪崩效应,借助仿真软件Silvaco-TCAD,详细探讨了Ⅰ型倍增层的残余掺杂浓度和厚度对异质SAM结构ⅠnSb-APD红外探测器性能的影响。研究结果表明,随着Ⅰ型倍增层掺杂浓度的增加,其倍增层内的电场强度峰值增加,同时光响应度略微增加;随着Ⅰ型倍增层厚度的增加,其倍增层的光响应度与暗电流密度升高,同时电场强度峰值减少。进一步研究表明,当Ⅰ型倍增层残余掺杂浓度和厚度分别为1×10¹⁵ cm^-3和3μm时,有利于雪崩过程。     

基于双电荷层结构的CMOS单光子雪崩二极管

基于180nm标准CMOS工艺,设计了一种能够有效提高光子探测效率的双电荷层结构的单光子雪崩二极管.该器件结构采用P电荷层和逆行掺杂的深N阱形成PN结,选取不同的P电荷层掺杂浓度,对击穿电压进行优化,当P电荷层浓度为1×1018cm-3时,击穿电压为17.8V,电场强度为5.26×105 V/cm.进一步研究发现N电荷层的位置会影响漂移电流密度和扩散电流密度.当在深N阱与N隔离层交界处掺杂形成N电荷层,即N电荷层掺杂峰值距离器件表面为2.5μm时,器件性能最优.通过Silvaco TCAD仿真分析得到:在过偏压1V下,波长500nm处的探测效率峰值为62%,同时在300～700nm范围内的光子探测效率均大于30%.     

基于silvaco-TCAD的In0.53Ga0.47As/InP红外探测器的仿真

采用silvaco-TCAD研究In0.53Ga0.47As/InP SAGCM-APD光电探测器,对探测器的结构参数对器件的电场分布、击穿电压和贯穿电压的影响进行仿真分析。研究表明电荷层对器件内部电场起到更好的调节作用,但过高的电荷层面密度会导致APD探测器的击穿电压与贯穿电压之差减小。倍增层厚度的增加使击穿电压先减小后增高,贯穿电压线性增加,同时耗尽层宽度变大,使器件电容减小。当倍增区厚度1 μm、偏压为-5 V时,器件电容密度达到了4.5×10-17 F/μm。反向偏置电压为30 V时,APD探测器在1.31 μm和1.55 μm波长下的响应度分别达到1 A/W和1.1 A/W     

高速高饱和单行载流子光探测器的设计与分析

设计了一种In P基的背入射台面结构的单行载流子光探测器.通过在吸收层中采取高斯型掺杂界面及引入合适厚度和掺杂浓度的崖层,使得光探测器同时具备了高速和高饱和电流特性.理论分析表明,在光敏面为14μm2、反向偏压为2 V条件下,该器件的3 d B带宽可达58 GHz,直流饱和电流高达158 m A.在大功率光注入条件下,详细分析了光探测器带宽降低和电流饱和现象,得出能带偏移和电场坍塌是其根本原因的结论.     

基于液相外延的InAs基红外探测器InAsSbP阻挡层的仿真

在传统pn结红外探测器中,宽带隙阻挡层的引入可以有效降低器件暗电流。采用COMSOL软件对探测器的能带图进行仿真,结果表明,InAsSbP四元合金通过n型或p型掺杂,其能带结构能够实现价带能级的下凹或导带能级的上凸,起到阻挡空穴或电子的作用。通过理论分析和仿真计算,确定了满足阻挡层要求的InAsSbP组分。对于nBip型和pBin型红外探测器,仿真得到了阻挡层的最优厚度和最优掺杂浓度(粒子数浓度),并分析了其偏离最优值时对器件暗电流的影响。对于nBip型探测器,当阻挡层厚度为40nm、掺杂浓度为2×10~(18) cm~(-3)时,器件开关比最大;对于pBin型探测器,当阻挡层厚度为60nm、掺杂浓度为4×10~(17) cm~(-3)时,器件的开关比最大。     

用刻蚀坑方法抑制平面型InGaAs/InP盖革模式APD的边缘击穿

通过测量平面型InGaAs/InP雪崩光电二极管闭管扩散器件帽层InP中Zn杂质的分布,拟合出掺杂浓度随扩散深度的变化函数,并且利用离化积分研究不同倍增层厚度下的最佳刻蚀坑深度和最佳刻蚀方法.结果表明在帽层深度不变的情况下,最佳刻蚀坑深度会随着倍增层厚度而变化,当倍增层厚度为1μm左右时刻蚀坑深度在0.1~0.3μm之间.采取反应离子刻蚀可以获得良好的刻蚀坑形貌,有利于边缘击穿的抑制.     

基于标准CMOS工艺的非接触式保护环单光子雪崩二极管

基于深亚微米CMOS工艺,设计了一种采用非接触式P阱保护环来抑制边缘击穿的单光子雪崩二极管结构.采用器件仿真软件Silvaco Atlas分析了保护环间距对器件的电场分布和雪崩触发概率等特性的影响,结合物理模型计算了所设计器件的暗计数概率和光子探测效率.仿真和计算结果表明,保护环间距d=0.6μm时器件性能最优,此时击穿电压为13.5V,暗电流为10-11 A.在过偏压为2.5V时,门控模式下的暗计数概率仅为0.38%,器件在400~700nm之间具有良好的光学响应,500nm时的峰值探测效率可达39%.     

具有纵向辅助耗尽衬底层的新型横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管

为了优化横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(lateral double-diffused MOSFET,LDMOS)的击穿特性及器件性能,在传统LDMOS结构的基础上,提出了一种具有纵向辅助耗尽衬底层(assisted depletesubstrate layer,ADSL)的新型LDMOS.新加入的ADSL层使得漏端下方的纵向耗尽区大幅向衬底扩展,从而利用电场调制效应在ADSL层底部引入新的电场峰,使纵向电场得到优化,同时横向表面电场也因为电场调制效应而得到了优化.通过ISE仿真表明,当传统LDMOS与ADSL LDMOS的漂移区长度都是70μm时,击穿电压由462 V增大到897 V,提高了94%左右,并且优值也从0.55 MW/cm~2提升到1.24 MW/cm~2,提升了125%.因此,新结构ADSL LDMOS的器件性能较传统LDMOS有了极大的提升.进一步对ADSL层进行分区掺杂优化,在新结构的基础上,击穿电压在双分区时上升到938 V,三分区时为947 V.     

势垒可调的氧化镓肖特基二极管

氧化镓作为新一代宽禁带材料,其器件具有优越的性能.本文仿真研究了n~+高浓度外延薄层对氧化镓肖特基二极管的势垒调控.模拟结果显示,当n型氧化镓外延厚度为5 nm、掺杂浓度为2.6×10¹⁸ cm^-3时,肖特基二极管纵向电流密度高达496.88 A/cm~2、反向击穿电压为182.30 V、导通电阻为0.27 mΩ·cm~2,品质因子可达123.09 MW/cm~2.进一步研究发现肖特基二极管的性能与n~+外延层厚度和浓度有关,其电流密度随n~+外延层的厚度和浓度的增大而增大.分析表明,n~+外延层对势垒的调控在于镜像力、串联电阻及隧穿效应综合影响,其中镜像力和串联电阻对势垒的降低作用较小,而高电场下隧穿效应变得十分显著,使得热发射电流增大的同时,隧穿电流得到大幅度提升,从而进一步提升了氧化镓肖特基二极管的性能.     

6H-SiC pn结紫外光探测器的模拟与分析

运用器件模拟软件模拟了pn结6H-SiC紫外光探测器的光响应灵敏度特性.讨论了不同掺杂浓度、不同器件结深对响应灵敏度的影响.对于p+n结器件，当受光面为p+层，且厚度约为0.2μm、浓度约为9×10.18cm-3、n层浓度约为1×1 0.16cm-3时，器件有较大的响应灵敏度，R=167.2mA/W；当受光面为n+ 层 ，且厚度约为0.2μm、浓度约为9×10.18cm-3、p层浓度约为1×10.16cm-3时，器件有较大的响应灵敏度，R=183.5mA/W.通过比较可知，模型能较好地反应实际情况，与实验数据符合较好. 关键词： 6H-SiC 紫外光探测 吸收系数 光响应灵敏度     

cBN基台面结构pin紫外光电探测器建模与性能

采用Silvaco TCAD软件构建了立方氮化硼（cBN）基台面结构pin型光电探测器数值计算模型,采用控制变量法研究了n型、i型、p型cBN层材料掺杂浓度、厚度对探测器光电性能的影响,并利用器件物理相关理论对结果进行了分析与讨论。结果表明：p型cBN层掺杂浓度增大时,光电流、暗电流和内量子效率先增大后减小;i型层掺杂浓度增大时,暗电流减小;n型层掺杂浓度增大,光电流、内量子效率增加;光电流和内量子效率随着p层厚度的增大而减小,随着i层厚度的增加而增大;n层厚度越大,光电流越大。     

In0.83Al0.17As倍增层对In0.83Ga0.17As/GaAs雪崩光电探测器的特性影响

倍增层对雪崩光电探测器内部载流子的碰撞电离至关重要,因此,采用三元化合物In_0.83Al_0.17As作为倍增层材料,借助器件仿真工具Silvaco-TCAD,详细探究了In_0.83Ga_0.17As/GaAs雪崩光电探测器的倍增层厚度及掺杂浓度对其内部电场强度、电流特性和电容特性的影响规律。研究表明,随着倍增层厚度的增加,器件的电场强度和电容呈减小趋势。同时,倍增层掺杂浓度的增大会引起电容和倍增层内的电场强度峰值增加。进一步研究发现,随着倍增层厚度的增加,器件的穿通电压线性增大,击穿电压先减小后增大,但倍增层掺杂浓度的增加会引起器件击穿电压的减小。此外,用电场分布和倍增因子的结合解释了器件穿通电压与击穿电压的变化。     

具有p-GaN岛状埋层耐压结构的横向AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管

GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)相对较低的击穿电压严重限制了其大功率应用.为了进一步改善器件的击穿特性,通过在n-GaN外延缓冲层中引入六个等间距p-GaN岛掩埋缓冲层(PIBL)构成p-n结,提出一种基于p-GaN埋层结构的新型高耐压AlGaN/GaN HEMT器件结构.Sentaurus TCAD仿真结果表明,在关态高漏极电压状态下,p-GaN埋层引入的多个反向p-n结不仅能够有效调制PIBL AlGaN/GaN HEMT的表面电场和体电场分布,而且对于缓冲层泄漏电流有一定的抑制作用,这保证了栅漏间距为10μm的PIBL HEMT能够达到超过1700 V的高击穿电压(BV),是常规结构AlGaN/GaN HEMT击穿电压(580 V)的3倍.同时,PIBL结构AlGaN/GaN HEMT的特征导通电阻仅为1.47 m?·cm~2,因此获得了高达1966 MW·cm~(-2)的品质因数(FOM=BV~2/R_(on,sp)).相比于常规的AlGaN/GaN HEMT,基于新型p-GaN埋岛结构的HEMT器件在保持较低特征导通电阻的同时具有更高的击穿电压,这使得该结构在高功率电力电子器件领域具有很好的应用前景.     

低暗电流InGaAs-MSM光电探测器

MSM(金属-半导体-金属)型光电探测器的较低寄生电容和高带宽的特点使得其应用广泛,可用于空间通信、遥感等多方面,但暗电流偏大仍是制约其发展的重要因素.为此,本文研制了100×100μm2面积的InGaAs-MSM光电探测器,通过设计InAlGaAs/InGaAs短周期超晶格和InAlAs肖特基势垒增强结构,将器件暗电流密度降至0.6pA/μm2(5V偏置),改善了目前同类器件的信噪比.对器件光电参数进行了表征:3dB带宽6.8GHz,上升沿58.8ps,1550nm波段响应度0.55A/W,光吸收区域外量子效率88%.分析了短周期超晶格和肖特基势垒增强层对暗电流的抑制机理.     

衬底温度对TiOPc光敏有机场效应管的影响

制备了基于酞菁氧钛(TiOPc)的有机光敏场效应管,对氧化铟锡(ITO)衬底器件进行温度优化。实验结果表明,随着衬底温度(T_(sub))的增加,器件载流子迁移率(μ)、光暗电流比(P)和光响应度(R)先增加后减小,在T_(sub)=140℃时达到最大。T_(sub)=140℃的ITO衬底器件,在波长808 nm、光功率密度190 m W·cm~(-2)的近红外光照下,最大载流子迁移率达到1.35×10~(-2)cm~2·V~(-1)·s~(-1),最大光暗电流比为250,栅压为-50 V时的最大光响应度为1.51 m A/W。     

高耐压和低暗计数SiC紫外雪崩光电二极管

碳化硅（SiC）雪崩光电二极管（APD）是一种独具优势的微弱紫外光探测器,其过偏压承受能力是确保器件可靠工作的一个重要因素。本工作设计并制备了穿通型SiC吸收层-电荷控制层-雪崩倍增层分离（SACM）APD。基于这种结构,器件电场从雪崩倍增层向吸收层扩展,从而减小了雪崩倍增层内电场强度变化率,最终将器件过偏压承受能力提高到10 V;得益于吸收层的分压,雪崩倍增层的电场强度得到有效降低,载流子隧穿可能性减小,这能够有效降低器件暗计数,从而有利于提高器件探测灵敏度;此外,设计的SiC SACM APD倾斜台面仅刻蚀到雪崩倍增层上表面,这能够让器件填充因子提高至约60%,显著改善了深刻蚀导致的传统SACM结构有效光敏区域减小的问题。