本文關(guān)鍵詞：日盲紫外探測器數(shù)值仿真與集成器件制備，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：三元半導(dǎo)體Al Ga N是一種寬禁帶直接帶隙半導(dǎo)體材料,通過改變Al的組分x,其禁帶寬度可以實現(xiàn)從6.2e V到3.4e V連續(xù)可調(diào),對應(yīng)的響應(yīng)截止波長為200nm~365nm,完全覆蓋了日盲紫外波段。因此使用Al Ga N材料制作的日盲紫外探測器得到了廣泛的研究和應(yīng)用。通常背照式日盲紫外探測器的制備是使用藍(lán)寶石(Al2O3)襯底上生長的多層Al Ga N材料,并且主要采用p-i-n結(jié)構(gòu)。為了實現(xiàn)焦平面探測器響應(yīng)信號讀出,一般使用Si標(biāo)準(zhǔn)MOS工藝制作讀出電路,最后將讀出電路與探測器倒焊互聯(lián)。但是這一讀出方式引入了讀出電路附加電容、In柱互聯(lián)附加電容等,這些寄生電容削弱了得到的電流信號的強(qiáng)度。如果能在探測器本身集成信號放大器件或電荷存儲器,對探測器的光生電流進(jìn)行放大或轉(zhuǎn)換成電壓后再導(dǎo)出處理,將會大大提高輸出信號的大小,降低寄生電容的影響。本文首先對p-i-n日盲紫外探測器和具有放大作用的MESFET器件進(jìn)行了數(shù)值仿真;在理論數(shù)據(jù)的指導(dǎo)下,探索器件制備工藝,制備了具有前置放大的日盲紫外探測器;并對器件進(jìn)行了測試與分析。首先,對半導(dǎo)體光電器件中的物理模型進(jìn)行了總結(jié)與分析,然后應(yīng)用到p-i-n結(jié)構(gòu)的日盲紫外探測器的理論計算中,得到了p-i-n器件的響應(yīng)光譜和I-V特性。將響應(yīng)光譜的仿真曲線與實際測試數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,對載流子的SRH復(fù)合壽命參數(shù)進(jìn)行了修正,得到的SRH復(fù)合壽命在10-11s量級,并使用修正后的SRH復(fù)合壽命得到了與實驗數(shù)據(jù)相近的響應(yīng)光譜計算結(jié)果。本文還研究了載流子的SRH復(fù)合壽命對響應(yīng)光譜的影響,得到了一系列曲線。結(jié)果顯示,SRH復(fù)合壽命為10-10s量級時,器件在響應(yīng)波段的響應(yīng)率與響應(yīng)波段之前的響應(yīng)率之比達(dá)到最高。然后又對p-Ga N材料上制備的MESFET器件進(jìn)行了I-V仿真,得到了MESFET器件具有信號放大功能的結(jié)論。其次,制備了具有多層材料結(jié)構(gòu)的日盲紫外集成器件。其中探測器部分是具有p-i-n結(jié)構(gòu),響應(yīng)波長為250nm~285nm的紫外探測器。而信號的轉(zhuǎn)換和放大器件采用MIS電容和MESFET器件。然后設(shè)計工藝步驟,在同一塊實驗材料上制備了p-i-n日盲紫外探測器,MIS電容,MESFET器件,以及p-i-n+MIS電容和pi-n+MESFET器件的集成前置放大的日盲紫外探測器。最后對制備得到的器件進(jìn)行測試。對介質(zhì)層厚度分別為50nm和150nm的MIS器件進(jìn)行了C-f和C-V測試,發(fā)現(xiàn)介質(zhì)層為50nm的MIS器件有輕微漏電,介質(zhì)層為150nm的MIS器件表現(xiàn)出較好的電容特性;對MESFET器件進(jìn)行了I-V響應(yīng)測試,發(fā)現(xiàn)柵極電壓越小,源漏之間的導(dǎo)電性越好,因此MESFET器件可以作為信號放大器;對兩種集成了前置放大的日盲紫外探測器進(jìn)行了測試,并與未集成放大的探測器輸出信號對比,發(fā)現(xiàn)探測器上集成MESFET器件和MIS電容對信號有一定的放大作用。集成了MIS電容也可以將輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓。
【關(guān)鍵詞】：日盲紫外 集成 數(shù)值仿真 MIS電容 MESFET器件
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN23
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-19
• 1.1 緒論11-15
• 1.2 日盲紫外探測器發(fā)展概況15-17
• 1.3 論文內(nèi)容及寫作安排17-19
• 2 材料特性與器件原理19-25
• 2.1 材料特性19-21
• 2.2 器件原理21-24
• 2.2.1 AlGaN p-i-n日盲紫外探測器21-22
• 2.2.2 金屬-絕緣體-半導(dǎo)體器件（MIS）22-23
• 2.2.3 金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MESFET）23-24
• 2.3 小結(jié)24-25
• 3 半導(dǎo)體器件物理模型25-39
• 3.1 泊松方程25
• 3.2 連續(xù)性方程25
• 3.3 輸運(yùn)方程25-26
• 3.3.1 漂移擴(kuò)散模型25-26
• 3.3.2 能量平衡輸運(yùn)模型26
• 3.4 費(fèi)米-狄拉克分布模型26-27
• 3.5 能帶模型27-28
• 3.5.1 一般能帶模型27-28
• 3.5.2 禁帶變窄效應(yīng)28
• 3.6 遷移率模型28-31
• 3.6.1 低場遷移率模型29-30
• 3.6.2 高場遷移率30-31
• 3.7 復(fù)合模型31-37
• 3.7.1 直接復(fù)合31-33
• 3.7.2 間接復(fù)合33-35
• 3.7.3 表面復(fù)合35
• 3.7.4 俄歇復(fù)合35-36
• 3.7.5 光學(xué)復(fù)合36
• 3.7.6 Shockley-Read-Hall (SRH) 復(fù)合36-37
• 3.8 光的吸收與折射37
• 3.9 小結(jié)37-39
• 4 半導(dǎo)體器件數(shù)值仿真39-57
• 4.1 Silvaco-TCAD軟件39-42
• 4.1.1 Deckbuild39-40
• 4.1.2 ATLAS40-41
• 4.1.3 Tonyplot41
• 4.1.4 仿真流程41-42
• 4.2 器件模型和仿真結(jié)果42-56
• 4.2.1 p-i-n日盲紫外探測器仿真42-53
• 4.2.2 MESFET器件仿真53-56
• 4.3 小結(jié)56-57
• 5 日盲紫外探測集成器件制備57-73
• 5.1 器件設(shè)計方案57-58
• 5.2 器件制備工藝58-60
• 5.2.1 器件版圖58
• 5.2.2 集成前置放大的日盲紫外探測器的制備工藝58-60
• 5.3 器件性能測試60-72
• 5.3.1 測試平臺60-61
• 5.3.2 測試結(jié)果61-72
• 5.4 小結(jié)72-73
• 6 總結(jié)與展望73-75
• 6.1 總結(jié)73-74
• 6.2 展望74-75
• 參考文獻(xiàn)75-78
• 作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果78

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李p，

本文編號：282522