本文關(guān)鍵詞：高靈敏度共振隧穿二極管探測(cè)器的研究

  更多相關(guān)文章： 近紅外探測(cè)器 共振隧穿二極管 分子束外延 有限元仿真 雙勢(shì)壘結(jié)構(gòu) 本征電流

【摘要】：近紅外探測(cè)器已得到長(zhǎng)足發(fā)展,卻依然存在著諸多不足,這大大制約了光電探測(cè)的應(yīng)用。作為納電子器件的代表,共振隧穿二極管探測(cè)器工作電壓小,響應(yīng)頻率快,已被證明是良好的高靈敏度近紅外探測(cè)器,具有重要的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。能與InP襯底完美晶格匹配的InGaAs覆蓋了近紅外光譜中最主要的波段,是公認(rèn)的近紅外探測(cè)器的理想材料體系之一。本論文系統(tǒng)研究了基于InP襯底、以InGaAs為吸收層的共振隧穿二極管探測(cè)器的分子束外延生長(zhǎng)和工藝制備。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：1.研究了InP襯底上分子束外延生長(zhǎng)In0.53Ga0.47As、AlAs等外延材料的條件與方法,確定了InP襯底上外延生長(zhǎng)In0.53Ga0.47As、AlAs等外延材料的流程及參數(shù),制備了與InP襯底晶格匹配的InGaAs外延材料,生長(zhǎng)的InGaAs外延材料In組分為0.529,RMS粗糙度為0.17 nm。2.通過(guò)有限元仿真模擬方法研究了共振隧穿二極管探測(cè)器的電學(xué)性能(暗電流水平)。研究了探測(cè)器雙勢(shì)壘結(jié)構(gòu)摻雜類型和摻雜濃度對(duì)器件本征電流抑制的影響。模擬發(fā)現(xiàn),對(duì)探測(cè)器雙勢(shì)壘結(jié)構(gòu)進(jìn)行p型摻雜,當(dāng)摻雜濃度為2×1018mol/cm3時(shí),探測(cè)器的隧穿峰值電流比非摻雜的雙勢(shì)壘結(jié)構(gòu)的探測(cè)器的隧穿峰值電流小將近3個(gè)數(shù)量級(jí)。3.設(shè)計(jì)了單臺(tái)面結(jié)構(gòu)探測(cè)器的工藝流程,制備了單臺(tái)面結(jié)構(gòu)單元探測(cè)器和單臺(tái)面結(jié)構(gòu)象限探測(cè)器。提出了雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)的探測(cè)器結(jié)構(gòu),并設(shè)計(jì)了工藝流程,通過(guò)多步光學(xué)光刻和電感耦合等離子體刻蝕技術(shù)實(shí)現(xiàn)了微柱結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)探測(cè)器制備。4.提出了通過(guò)對(duì)雙勢(shì)壘結(jié)構(gòu)進(jìn)行p型摻雜來(lái)抑制探測(cè)器本征電流密度的方法,設(shè)計(jì)了雙勢(shì)壘結(jié)構(gòu)p型摻雜單臺(tái)面結(jié)構(gòu)探測(cè)器的外延結(jié)構(gòu),制備了雙勢(shì)壘結(jié)構(gòu)p型摻雜的單臺(tái)面結(jié)構(gòu)探測(cè)器。在300 K溫度下、0.8 V時(shí)探測(cè)器暗電流密度為0.15 A/cm2,這比雙勢(shì)壘結(jié)構(gòu)非摻雜的單臺(tái)面結(jié)構(gòu)探測(cè)器的暗電流密度小4個(gè)數(shù)量級(jí)。5.對(duì)雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)探測(cè)器進(jìn)行電學(xué)和光學(xué)測(cè)試。在77 K溫度下,雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)探測(cè)器在1.25 V時(shí)的暗電流密度為498.79 A/cm2；在300 K溫度下,雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)探測(cè)器的靈敏度最高達(dá)到了1.15×105A/W。
【關(guān)鍵詞】：近紅外探測(cè)器 共振隧穿二極管 分子束外延 有限元仿真 雙勢(shì)壘結(jié)構(gòu) 本征電流
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN215;TN15
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-33
• 1.1 引言11-12
• 1.2 常見(jiàn)光電探測(cè)器12-15
• 1.2.1 光電倍增管12-13
• 1.2.2 雪崩二極管13-14
• 1.2.3 pin光電二極管14-15
• 1.3 共振隧穿二極管探測(cè)器15-25
• 1.3.1 RTD結(jié)構(gòu)17-18
• 1.3.2 RTD工作原理18-23
• 1.3.3 RTD-PD工作原理23-25
• 1.4 RTD-PD研究歷史及研究現(xiàn)狀25-31
• 1.4.1 RTD-PD研究歷史25-28
• 1.4.2 RTD-PD研究現(xiàn)狀28-31
• 1.5 本論文研究目的31-33
• 第二章 外延薄膜生長(zhǎng)原理及性能表征33-42
• 2.1 RTD-PD結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)33-38
• 2.1.1 分子束外延系統(tǒng)33-36
• 2.1.2 外延材料生長(zhǎng)原理36-38
• 2.2 外延材料與探測(cè)器性能表征38-41
• 2.2.1 外延材料表征38-39
• 2.2.2 探測(cè)器性能表征39-41
• 2.3 本章小結(jié)41-42
• 第三章 器件模擬42-49
• 3.1 Silvaco TCAD42-43
• 3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)定43-44
• 3.3 器件建模與仿真44-45
• 3.3.1 結(jié)構(gòu)定義44
• 3.3.2 材料模型設(shè)定44-45
• 3.3.3 數(shù)值模擬方法選擇45
• 3.3.4 特性獲取45
• 3.3.5 結(jié)果分析45
• 3.4 仿真結(jié)果與分析45-48
• 3.4.1 不同形式摻雜時(shí)的電流抑制45-46
• 3.4.2 不同濃度摻雜時(shí)的電流抑制46-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 第四章 RTD-PD外延生長(zhǎng)及工藝流程設(shè)計(jì)49-59
• 4.1 RTD-PD外延生長(zhǎng)49-52
• 4.2 RTD-PD工藝制備52-55
• 4.2.1 光刻技術(shù)52-53
• 4.2.2 圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)53-55
• 4.3 工藝制備流程設(shè)計(jì)55-58
• 4.3.1 單臺(tái)面結(jié)構(gòu)工藝流程55-56
• 4.3.2 雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)工藝流程56-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第五章 單臺(tái)面結(jié)構(gòu)RTD-PD制備59-73
• 5.1 單臺(tái)面結(jié)構(gòu)RTD-PD外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)59-60
• 5.1.1 具有InAs空穴堆積層外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)59-60
• 5.1.2 雙勢(shì)壘結(jié)構(gòu)p型摻雜的外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)60
• 5.2 單臺(tái)面結(jié)構(gòu)RTD-PD工藝制備60-66
• 5.3 器件結(jié)果與分析66-71
• 5.3.1 電學(xué)性質(zhì)測(cè)試分析66-68
• 5.3.2 光電響應(yīng)測(cè)試分析68-71
• 5.4 本章小結(jié)71-73
• 第六章 雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)RTD-PD制備73-84
• 6.1 雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)RTD-PD外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)73
• 6.2 雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)RTD-PD工藝制備73-80
• 6.3 器件結(jié)果與分析80-83
• 6.3.1 電學(xué)性質(zhì)測(cè)試分析80-81
• 6.3.2 光電響應(yīng)測(cè)試分析81-83
• 6.4 本章小結(jié)83-84
• 第七章 總結(jié)84-86
• 參考文獻(xiàn)86-91
• 致謝91-92
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文及專利92-93

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1 毛海央;張文棟;熊繼軍;薛晨陽(yáng);;共振隧穿二極管Ⅰ-Ⅴ特性的一致性測(cè)試與研究[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2006年S2期

2 孫建平;共振隧穿二極管研究進(jìn)展[J];固體電子學(xué)研究與進(jìn)展;1999年02期

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4 郭維廉,梁惠來(lái),張世林,牛萍娟,毛陸虹,趙振波,郝景臣,魏碧華,張?jiān)デ?宋婉華,楊中月;共振隧穿二極管[J];微納電子技術(shù);2002年05期

5 王振坤,梁惠來(lái),郭維廉,牛萍娟,趙振波,辛春艷;共振隧穿二極管的設(shè)計(jì)和研制[J];微納電子技術(shù);2002年07期

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本文編號(hào)：1101302