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.     

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。     

倍增层厚度对In0.53Ga0.47As/InP雪崩二极管器件特性的影响

利用Zn扩散方法制备了倍增层厚度为1.5,1.0,0.8μm的In_0.53Ga_0.47As/InP雪崩光电二极管(APDs),研究了该器件特性。随着倍增层厚度的增加,器件的贯穿电压和击穿电压均呈现增大趋势。基于Silvaco模拟计算了APD器件的倍增层厚度对电场强度、电流特性、击穿电压与贯穿电压的影响规律,结果表明,随着倍增层厚度的增加,倍增层内电场强度减小,贯穿电压和击穿电压同时增大,与实验结果吻合。进一步研究发现,当倍增层的厚度小于0.8μm时,击穿电压随着倍增层厚度的增加会先减小后增大,贯穿电压则会单调增大。     

三级台面InGaAs/InP雪崩光电二极管的低边缘电场设计

设计了一种三级台面的InGaAs/InP雪崩光电二极管,解决了器件边缘电场和暗电流较高的问题.采用Silvaco Atlas器件仿真软件分析了边缘间距、电荷层掺杂浓度及厚度、倍增层掺杂浓度及厚度对器件性能的影响.仿真结果表明,本文设计的三级台面器件在边缘间距为8μm时有最优器件尺寸和较低边缘电场.采用掺杂浓度为1×10~(17)cm~(-3)、厚度为0.2μm的电荷层和掺杂浓度为2×10~(15)cm~(-3)、厚度为0.4μm的倍增层,成功将高电场限制在中心区域,使得反偏电压40V时的边缘电场降低至2.6×105V/cm,仅为中心电场的1/2,增强了器件的抗击穿能力.此外,本文设计的器件在0.9 V_(br)时的暗电流降低至9.25pA,仅为传统两级台面器件的1/3.     

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     

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。     

高探测效率CMOS单光子雪崩二极管器件

基于标准0.35μm CMOS工艺设计了一种单光子雪崩二极管器件.采用p+n阱型二极管结构,同时引进保护环与深n阱结构以提高单光子雪崩二极管性能;研究了扩散n阱保护环宽度对雪崩击穿特性的影响;对器件的电场分布、击穿特性、光子探测效率、频率响应等特性进行了分析.仿真结果表明:所设计的单光子雪崩二极管器件结构直径为10μm,扩散n阱保护环宽度为1μm时,雪崩击穿电压为13.2 V,3 dB带宽可达1.6 GHz;过偏压为1 V、2 V时最大探测效率分别高达52%和55%;在波长500~800 nm之间器件响应度较好,波长为680 nm时单位响应度峰值高达0.45 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。     

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%.     

不同浓度下V掺杂Mg2Si的第一性原理研究

本文用基于密度泛函理论的超软赝势平面波方法,分别计算了四种V掺杂模型Mg_2-xV_xSi(x=0,0.25,0.5,0.75)的电子结构和光学性质,并对其能带图、态密度图和光学性质进行了分析.结果表明,V掺杂之后会使Mg₂Si由其原本的半导体性变为半金属性,在费米能级处出现了杂质能级,态密度图也显示V元素的3d轨道的贡献在费米能级附近占据主导地位,Mg₂Si的光学性质随着V元素的掺入也发生了改变.该文为Mg₂Si材料在电子器件和光学器件方面的应用提供了理论依据.     

Zn扩散对InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管雪崩击穿概率的影响

对InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管进行结构设计与数值仿真，得到相应的电学与光学参数。针对雪崩击穿概率对器件光子探测效率的影响，研究了两次Zn扩散深度差、Zn扩散横向扩散因子、Zn掺杂浓度以及温度参数与器件雪崩击穿概率的关系。研究发现，当深扩散深度为2.3μm固定值时，浅扩散深度存在对应最佳目标值。浅扩散深度越深，相同过偏压条件下倍增区中心雪崩击穿概率越大，电场强度也会随之增加。当两次Zn扩散深度差小于0.6μm时，会发生倍增区外的非理想击穿，导致器件的暗计数增大。Zn扩散横向扩散因子越大，倍增区中心部分雪崩击穿概率越大，而倍增区边缘雪崩击穿概率会越小。在扩散深度不变的情况下，浅扩散Zn掺杂浓度对雪崩击穿概率无明显影响，但深扩散Zn掺杂浓度越高，相同过偏压条件下雪崩击穿概率越小。本文研究可为设计和研制高探测效率、低暗计数InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管提供参考。     

Mg2Si的电子结构和热电输运性质的理论研究

利用全势线性缀加平面波法,对Mg₂Si的几何结构和电子结构进行了计算,得到了稳定的晶格参数以及能带和电子态密度.能带结构表明,Mg₂Si为间接带隙半导体,禁带宽度为020 eV.在此基础上利用玻尔兹曼输运理论和刚性带近似计算了材料的电导率、Seebeck系数和功率因子.结果表明,在温度为700 K时p型和n型掺杂的Mg₂Si功率因子达到最大时的最佳载流子浓度分别为7749×10¹⁹ cm^-3和 关键词： 2Si')" href="#">Mg₂Si 全势线性缀加平面波法 热电输运性质     

基于酞菁铜的有机光敏场效应管

制备了基于酞菁铜(CuPc)的有机光敏场效应晶体管,对器件的光敏特性进行了研究。实验结果表明,基于金源漏电极的器件,在波长655 nm,光强100 mW/cm²的光照下,明/暗电流比约为0.4,光响应度约为2.55 mA/W;而铝为源漏电极的器件,可以获得高达10⁴的明/暗电流比,但光响应度降低为0.39 mA/W。     

Mg-Sn-Si合金中Mg2(Si,Sn)复合相的结构与性能研究

研究了铸态Mg-Sn-Si合金中Mg₂(Si,Sn)复合相的结构、 特性以及该相对Mg-Sn-Si合金变质作用的影响. 结果表明: Sn原子能取代Mg₂Si中的部分Si生成Mg₂(Si,Sn)复合相, 该三元相与Mg₂Si, Mg₂Sn相的结构相同, 属于面心立方结构, Mg₂(Si,Sn)相的元素含量并不固定, 在Si富集区形成的Mg₂(Si,Sn)相中, Si元素含量高, 在Si贫乏区形成的Mg₂(Si,Sn)相中, Si元素含量低. Si含量较多的Mg₂(Si,Sn)相性能与Mg₂Si相接近, Sn含量较多的Mg₂(Si,Sn)相性能与Mg₂Sn相接近, 实验中发现Mg₂(Si,Sn)复合相的纳米硬度、 弹性模量与维氏硬度等物理性能介于Mg₂Si与Mg₂Sn之间, Mg₂(Si,Sn)相对汉字状Mg₂Si相的变质处理起到桥梁作用. 关键词： Mg-Sn-Si合金 2Si')" href="#">Mg₂Si 2Sn')" href="#">Mg₂Sn 2(Si,Sn)复合相')" href="#">Mg₂(Si,Sn)复合相     

InGaAs/Si键合界面a-Si键合层厚度对InGaAs/Si雪崩光电二极管性能的影响

为从根本上阻断InGaAs/Si之间的失配晶格,获得低噪声的InGaAs/Si雪崩光电二极管,理论上在InGaAs/Si键合界面插入超薄a-Si键合层,彻底隔断键合界面异质晶格,同时保证InGaAs吸收层和Si倍增层超高的晶体质量和良好的电学传输.模拟了a-Si键合层厚度对InGaAs/Si雪崩光电二极管性能影响.由于...     

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.     

基于量子限制的受主带间跃迁太赫兹探测器的制备与测量

使用分子束外延生长设备,在GaAs（100）衬底上生长了量子阱宽度为3 nm的GaAs/AlAs多量子阱样品,并在量子阱层中央进行了Be受主的δ-掺杂。根据量子限制受主从束缚态到非束缚态之间的跃迁,设计并制备了δ-掺杂Be受主GaAs/AlAs多量子阱太赫兹光探测器原型器件。在4.2 K温度下,分别对器件进行了太赫兹光电流谱和暗电流-电压曲线的测量。在6 V直流偏压下,空穴载流子沿量子阱层方向输运。当正入射激光频率为6.8 THz时,器件响应率为2×10^-4 V/W（2 μA/W）。通过器件的暗电流-电压曲线计算了器件全散粒噪声电流,在4.2 K、6 V直流偏压下,全散粒噪声电流为5.03 fA·Hz^-1/2。     

掺铁InP肖特基势垒增强InGaAs MSM光电探测器

采用LP-MOVPE方法及常规器件工艺制成了InP:Fe肖特基势垒增强InGaAsMSM光电探测器。用自建测试系统对其直流和瞬态特性进行了测试,测试结果表明,器件的击穿电压大于10V,2V偏压下暗电流为170nA,对应的暗电流密度约为3mA/cm²;瞬态响应中上升时间tr为21ps,半高宽FWHM为75ps.     

聚合物/TiO2分层光电导型器件的电荷传输特性

研究了聚合物PVK与TiO₂分层光电导器件的电荷传输特性,分别比较了两种器件:器件S₁(ITO/TiO₂/PVK/Al)和器件S₂(ITO/PVK/TiO₂/Al)。实验发现,器件S₁的暗电流远小于器件S₂的暗电流,S₁的正向峰值光电流约是其反向峰值光电流的4倍,而S₂的正向和反向峰值光电流都基本与S₁的反向峰值光电流相近。这是由于PVK/TiO₂界面处有效的电荷转移、恰当的电荷传输层、器件各层间能级匹配及其与电极功函数的匹配影响了光电流的强度大小。由此判断,器件S₁的性能要优于器件S₂。随电压的增大,S₁结构的光电导响应谱在短波区域的拖尾增大,而S₂结构几乎没有拖尾,这可能是两种结构的吸收和陷阱能级的差别造成的。