本文選題：單載流子傳輸(UTC) + InP基單載流子雙異質(zhì)結(jié)晶體管探測器(UTC-DHPT)�。� 參考：《北京工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：與PIN探測器和APD探測器相比,異質(zhì)結(jié)光敏晶體管探測器(HPT)具有光增益大、頻率響應(yīng)高、噪聲低、響應(yīng)度高、易與HBT集成等優(yōu)點,因為具有內(nèi)部增益和非線性處理能力,在高速光纖通信網(wǎng)和光載微波通信系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。但是HPT使用異質(zhì)結(jié)晶體管(HBT)的基區(qū)和集電區(qū)作為吸收層,由于光生空穴的遷移率低等因素,HPT在響應(yīng)度與響應(yīng)速度的優(yōu)化上存在矛盾。為了緩解矛盾得到同時具有高響應(yīng)度與高響應(yīng)速度的器件,我們將單載流子傳輸(UTC)的思想運用在In P基異質(zhì)結(jié)晶體管探測器(HPT)中,僅用基區(qū)作為吸收層,形成InP基單載流子雙異質(zhì)結(jié)晶體管探測器(UTC-DHPT)。針對UTC-DHPT晶體管探測器,本文的主要工作內(nèi)容如下:1.建立了UTC-DHPT器件的物理模型,描述UTC-DHPT基區(qū)產(chǎn)生的光生載流子與器件內(nèi)部載流子的行為,分析了UTC-DHPT的光響應(yīng)度和光增益。設(shè)計并優(yōu)化了UTC-DHPT器件的縱向結(jié)構(gòu)和橫向結(jié)構(gòu)。2.基于半導(dǎo)體器件仿真軟件Silvaco建立了UTC-DHPT的二維仿真模型,對比分析了UTC-DHPT器件和傳統(tǒng)單異質(zhì)結(jié)光敏晶體管(SHPT)的基本性能。結(jié)果表明,與SHPT相比,UTC-DHPT更能獲得高的光響應(yīng)度和光增益,最大的光響應(yīng)度達到37.5A/W,并且UTC-DHPT器件更適合處理大功率的光信號。UTC-DHPT可以提供良好的電學(xué)電流增益,為光探測器和前置放大器的OEIC單片集成的設(shè)計和工藝制作提供了方便。3.詳細分析了UTC-DHPT的光學(xué)高頻性能,得到了光特征頻率的表達式。討論了UTC-DHPT不同工作模式(二端工作模式2T、三端工作模式3T以及DHBT工作狀態(tài))下,光生載流子產(chǎn)生光生集電結(jié)電壓對器件小信號等效模型中擴散電容與勢壘電容的影響�；赟ilvaco仿真模型,分析了不同工作模式下UTC-DHPT和SHPT以及DHBT工作狀態(tài)下的特征頻率和短路電流增益。結(jié)果表明,UTC-DHPT比傳統(tǒng)的SHPT有更好的頻率特性,三端工作模式下的UTC-DHPT可以同時提供高響應(yīng)度和高響應(yīng)速度。4.將光生電流合理引入雙極晶體管小信號等效電路中,充分考慮光生載流子對發(fā)射結(jié)擴散電容與勢壘電容的影響,給出了UTC-DHPT器件在二端工作模式2T、三端工作模式3T以及DHBT工作狀態(tài)下的小信號等效電路,進一步分析了UTC-DHPT在三種不同工作模式下的光學(xué)高頻性能。5.完成了InP基高速高響應(yīng)度UTC-DHPT器件的外延生長、制備和器件測試。測試結(jié)果表明,與傳統(tǒng)的SHPT和PIN型光探測器相比,UTC-DHPT光響應(yīng)度達到了10.46A/W,能提供更大的光增益,光特征頻率達到了50.5GHz。
[Abstract]:Compared with the PIN detector and the APD detector, the heterojunction Guang Min transistor detector has the advantages of large optical gain, high frequency response, low noise, high responsivity and easy integration with the HBT because of its internal gain and nonlinear processing ability. It is widely used in high-speed optical fiber communication network and optical microwave communication system. However, the base and collector regions of the heterojunction transistor (HBT) are used as the absorption layer in HPT. Due to the low mobility of photogenerated holes, there is a contradiction between the response and response speed optimization. In order to alleviate the contradiction and obtain devices with both high responsivity and high response speed, we apply the idea of single carrier transport UTC to the in P base heterojunction transistor detector (HPTT), using only the base region as the absorption layer. The InP based single carrier double heterojunction transistor detector is formed. For the UTC-DHPT transistor detector, the main work of this paper is as follows: 1. The physical model of UTC-DHPT devices is established to describe the behavior of photogenerated carriers and internal carriers generated by UTC-DHPT base region. The optical responsivity and optical gain of UTC-DHPT are analyzed. The longitudinal and transverse structures of UTC-DHPT devices are designed and optimized. Based on the semiconductor device simulation software Silvaco, the two-dimensional simulation model of UTC-DHPT is established, and the basic performance of UTC-DHPT device and traditional single heterojunction Guang Min transistor is compared and analyzed. The results show that compared with SHPT, UTC-DHPT can obtain higher optical responsivity and gain, the maximum optical responsivity is 37.5 A / W, and UTC-DHPT device is more suitable for processing high-power optical signal. UTC-DHPT can provide good electrical current gain. It provides convenience for the design and fabrication of OEIC monolithic integration of photodetector and preamplifier. The optical high frequency performance of UTC-DHPT is analyzed in detail, and the expression of optical characteristic frequency is obtained. The influence of photogenerated collector voltage on the diffusion capacitance and barrier capacitance in the small signal equivalent model of UTC-DHPT is discussed under different operating modes (2T in two-terminal mode, 3T in three-terminal mode and DHBT operating state). Based on the Silvaco simulation model, the characteristic frequency and short-circuit current gain of UTC-DHPT and SHPT and DHBT in different operating modes are analyzed. The results show that UTC-DHPT has better frequency characteristics than traditional SHPT, and UTC-DHPT in three-terminal mode can provide both high responsivity and high response speed. The photogenerated current is reasonably introduced into the small signal equivalent circuit of bipolar transistor, and the influence of photogenerated carriers on the diffusion capacitance and barrier capacitance of emission junction is fully considered. The small signal equivalent circuits of UTC-DHPT devices under two terminal operation mode 2T, three terminal operation mode 3T and DHBT working state are given. The optical high frequency performance of UTC-DHPT in three different operating modes is further analyzed. The epitaxial growth, fabrication and device testing of InP based UTC-DHPT devices with high speed and high responsivity have been completed. The experimental results show that compared with the conventional SHPT and PIN photodetectors, the optical responsivity of UTC-DHPT is 10.46 A / W, which can provide greater optical gain, and the optical characteristic frequency reaches 50.5 GHz.
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN32

【共引文獻】

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本文編號：1800343