硅基雪崩光電二極管（Si-APD）作為性能卓越,工藝成熟的半導(dǎo)體器件應(yīng)用十分廣泛。但受禁帶寬度的限制,工作波長是局限在可見光波段,限制了其在紅外光子探測領(lǐng)域的發(fā)展。然而,由于非線性光學(xué)的研究發(fā)展迅速,非線性光學(xué)效應(yīng)被用來擴大Si-APD的工作波長范圍并提高其在紅外波段的探測效率。其中雙光子吸收效應(yīng)與頻率上轉(zhuǎn)換探測機制相比較,不需要特制的非線性晶體和復(fù)雜的光路系統(tǒng),也不需要嚴(yán)苛的相位匹配條件和工作環(huán)境,所以利用Si-APD的雙光子吸收效應(yīng)實現(xiàn)紅外光探測時可以有較寬的工作波長范圍。因此雙光子吸收效應(yīng)在Si-APD探測微弱紅外光的實現(xiàn)上具有很廣闊的研究前景。雙光子吸收是指介質(zhì)中的載流子同時吸收兩個光子后向更高能級躍遷的過程。在該過程中,由于強光場的作用,載流子幾乎同時吸收兩個光子,并且兩個光子的能量之和要等于或大于介質(zhì)的禁帶寬度,使得介質(zhì)中的載流子能夠通過“虛態(tài)”,從價帶順利躍遷到導(dǎo)帶,并通過載流子的運動產(chǎn)生光電流,之后光電流通過雪崩效應(yīng)進行倍增,從而使得Si-APD成功實現(xiàn)對紅外光子的探測。Si-APD中的雙光子吸收效應(yīng)研究也為寬帶紅外光子探測在光學(xué)取樣、光梳激光測距、紅外生物圖像等不同應(yīng)... 

【文章來源】：華東師范大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：53 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１擴散保護環(huán)結(jié)構(gòu)雪崩光電二極管示意圖??Ｓｉ－ＡＰＤ可以被看作是反向偏置的ＰＮ結(jié)，以常見的擴散保護環(huán)結(jié)構(gòu)為例，如??圖１－１所錄

?華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文???時間逐漸消失，其碰撞電離仍將持續(xù)，直到耗盡層沒有載＆子為止。源源不斷的??雪崩電流匯集起來，形成了可供檢測的光電流。??Ｎ?？?Ｐ??＋?－??〇?＜－？??ａ?ｂ?ｃ??圖１－２雪崩效應(yīng)中電子空穴對碰撞過程??１．２．２霪要參數(shù)??雪崩光電二極管在篕革模式下有一些重要的性能指標(biāo)：著崩電壓＞?探測效率，??光譜響應(yīng)范＿，暗計數(shù)等ｓ??Ｌ雪崩電壓??雪崩光電二極管在一個電壓值下工作時，二極營內(nèi)部載流子會引發(fā)雪崩倍增??過程，這個電壓值被稱為雪崩電壓［２９］。在倍增過程中，倩號經(jīng)過一個放人過程，??該過程可以用倍增因子來描述。理論上彎崩倍增過程中，倍增因子的值是無窮大??的。器件材料不同，結(jié)構(gòu)不同，以及器件工作時的溫度不同，都會導(dǎo)致霄崩電壓??不同。一般來講，器件材料及結(jié)構(gòu)確定后，ｄ極管工作時的溫度越高，霄崩電壓??值越＿?６．??２．探測效率??雪崩光電二極管的光電信號的轉(zhuǎn)換效率由探測效率來表征。??探測效率表示為二極管吸收入射光子后，生成的電子Ｓ穴對數(shù)量與吸收光子??數(shù)量的比值［３叱即探測效率表不為：??產(chǎn)生電乎生穴對數(shù)目ＩＪｑ??ｎ￣?入射光子數(shù)肖?ｋ?■??／?ｆｉｃｏ??其中／Ｐ為二極管產(chǎn)生的光電流，Ｐｉｎ為入射二極管的光功率，ｇ為二極管內(nèi)部的??電子電荷，為二極管吸收光子的能量。??探測效率會受到入射光的波長，入射光子與探測器件耦合，器件工作電壓，??５??

?華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文???ＳｉＣ?（碳化硅），ＧａＮ?（氮化鎵）材料的二極管。不同材料的二極管對應(yīng)的工作??波段如圖１－３所示［３６］。??１?Ｇｅ?１??｜?Ｓｉ?＂｜??［ＧａＮ］??ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ??０?０．２?０．４?０．６?０．８?１．０?１．２?１．４?１．６?１．８?ｐｍ??圖１－３不同材料的霄：崩光電二極晉工作波長示意圖??１．碳化硅；氮化鎵雪崩光電二極管??目前，紫外波段光在醫(yī)療和國防領(lǐng)域已經(jīng)有了很多應(yīng)用，傳統(tǒng)上＃紫外光的??檢測是通過光電倍增管來實現(xiàn)的，因為其暗電流低，且響應(yīng)速度快，但是光電倍??增管工作時需要加載很高的電壓，且器件的體積大，這些問題制約了它們的發(fā)展。??所以人們Ｂ經(jīng)在嘗試用氮化鎵，碳化硅材料的雪崩光電二極管來進行紫外光的檢??測，兩者禁帶寬度都為３．３?ｅＶ左右氮化鎵二極管的研宄已經(jīng)：有了一些成果，??其有較高的擊穿電壓，有的高達１０?Ｖ，有較好的熱穩(wěn)定型，并且電子漂移飽和速??率裔務(wù)熱導(dǎo)率贏，但材料制造工藝還不成熟，器件成品率低，壽命短，要想實現(xiàn)??大規(guī)模應(yīng)用還有很多障礙需要克服［３８４（）］。另外，碳化硅雪崩光電二極管發(fā)展要好??一些，它的空穴電離系數(shù)要遠(yuǎn)大于電子的電離系數(shù)，這樣制造出的＿極管噪聲比??較低，并且材料工藝也較為成熟，是很有潛力的紫外光波段的單光予探測器。??２．桂，鍺雪崩光電二極管??最常見材料的雪崩光電二極管就是由ＩＶ族材料硅和鍺構(gòu)成的，它們是半導(dǎo)體??器件中最為常用的材料。它們在很久以前就被深入研宄并被廣泛使用在半導(dǎo)體制??造領(lǐng)域。并麗貨為低廉的價格，成熟的ｉ藝?yán)蚍�(wěn)定性好的

【參考文獻】：
期刊論文
[1]光電效應(yīng)的理論解釋[J]. 張秀喬.  物理通報. 1999(07)
[2]InGaAs/InGaAsP/InP SAGM—APD暗電流與光倍增因子的溫度特性[J]. 丁國慶.  光通信研究. 1990(04)
[3]高效快速的硅雪崩光電二極管[J]. 朱華海.  半導(dǎo)體光電. 1980(01)

碩士論文
[1]新型臺面結(jié)構(gòu)硅基雪崩光電二極管的研究[D]. 崔文凱.北京工業(yè)大學(xué) 2014



本文編號：3374385