近红外增强型硅双四象限光电探测器研究

发布时间：2022-12-11 18:46

　　硅材料由于具有低成本,易于集成,工艺成熟等特点,一直以来都是红外探测器材料的理想材料。硅基近红外光电探测器在军事和医疗领域有着越来越重要的作用,高响应度、低暗电流、快速响应、低串扰的高性能硅基近红外光电探测器是近红外探测技术发展的大势所趋。由于单晶硅材料受到禁带宽度和反射率等因素的限制,研制基于硅材料的高性能近红外增强型光电探测器时,常用的方法是对硅材料进行黑硅化处理。目前,利用飞秒激光刻蚀制备黑硅的工艺存在不足,且国内外尚未有基于黑硅材料的近红外增强型硅双四象限探测器的报道,因此,本文对其器件结构设计、制备工艺改进、探测器制备和测试等方面进行了研究。主要内容及取得的主要结果如下:（1）在对近红外增强型硅双四象限光电探测器工作原理、性能指标、性能影响因素等理论进行研究和分析的基础上,对探测器器件的建模和仿真、加工工艺的改良和优化进行了了研究,为探测器的响应度、暗电流、响应速度、象限间串扰等性能指标的优化提供了理论基础。（2）在理论研究的基础上,对近红外增强型硅双四象限光电探测器进行了光电一体化模型建模和仿真设计,结合生产加工的实际情况,得到了探测器器件的I层厚度、隔离槽宽度、偏置电压等... 

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 光电探测器简介
    1.2 近红外探测器的发展
    1.3 近红外增强型硅基光电探测器发展现状
    1.4 课题研究意义和主要研究内容
        1.4.1 课题研究意义
        1.4.2 课题研究内容
第二章 近红外增强型硅双四象限光电探测器基本原理
    2.1 近红外增强型光电探测器的工作原理
        2.1.1 半导体的光电效应
        2.1.2 PIN光电二极管
        2.1.3 硅基近红外增强原理
        2.1.4 双四象限探测器工作原理
    2.2 近红外增强型光电探测器的响应度
    2.3 近红外增强型光电探测器的暗电流
    2.4 近红外增强型光电探测器的响应速度
    2.5 近红外增强型光电探测器的象限间串扰
    2.6 本章小结
第三章 近红外增强型硅双四象限光电探测器设计仿真研究
    3.1 COMSOL Multiphysics软件简介
    3.2 近红外增强型硅双四象限光电探测器的模型建模
        3.2.1 探测器的物理模型等效建模
        3.2.2 探测器的光电一体化模型建模
    3.3 近红外增强型硅光电探测器响应性能的仿真研究
        3.3.1 Ⅰ层厚度对探测器响应性能的影响
        3.3.2 偏置电压对探测器响应性能的影响
        3.3.3 入射功率对探测器响应性能的影响
    3.4 近红外增强型硅光电探测器暗电流的仿真研究
        3.4.1 载流子寿命对探测器暗电流的影响
        3.4.2 Ⅰ层厚度对探测器暗电流的影响
        3.4.3 衬底掺杂浓度对探测器暗电流的影响
    3.5 近红外增强型硅光电探测器响应速度的仿真研究
        3.5.1 Ⅰ层厚度对探测器响应速度的影响
        3.5.2 偏置电压对探测器响应速度的影响
    3.6 近红外增强型光电探测器象限间串扰的仿真研究
    3.7 近红外增强型硅双四象限光电探测器整体仿真
    3.8 本章小结
第四章 近红外增强型硅双四象限光电探测器制备工艺研究
    4.1 近红外增强型硅双四象限光电探测器的版图设计
    4.2 近红外增强型硅双四象限光电探测器制备工艺流程
    4.3 黑硅化工艺研究
        4.3.1 高陷光性Se掺杂黑硅材料制备原理
        4.3.2 扫描速度对高陷光性Se掺杂黑硅性能的影响
        4.3.3 激光功率对高陷光性Se掺杂黑硅性能的影响
        4.3.4 HF气体压强对高陷光性Se掺杂黑硅性能的影响
        4.3.5 高陷光性Se掺杂黑硅耐退火性研究
    4.4 本章小结
第五章 近红外增强型硅双四象限光电探测器的测试
    5.1 近红外增强型硅双四象限光电探测器的测试原理
        5.1.1 探测器光谱响应测试原理
        5.1.2 探测器暗电流测试原理
        5.1.3 其它指标测试方法
    5.2 近红外增强型硅双四象限光电探测器的测试结果
        5.2.1 单元响应度测试结果
        5.2.2 单元暗电流测试结果
        5.2.3 单元响应时间测试结果
        5.2.4 单元结电容测试结果
        5.2.5 串扰率测试结果
        5.2.6 像元间距和光敏面半径测试结果
    5.3 测试结论
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]倒金字塔结构的黑硅PIN光电探测器的研究[J]. 王锦,陶科,李国峰,梁科,蔡宏琨.  光电子·激光. 2018(12)
[2]光电二极管的工作原理及应用特性分析[J]. 胡静.  技术与市场. 2016(12)
[3]国外红外制导空空导弹的研究现状及其关键技术[J]. 张肇蓉,高贺,张曦,李韬,康宇航.  飞航导弹. 2016(03)
[4]红外热成像检测技术研究现状及发展趋势[J]. 刘元林,梅晨,唐庆菊,芦玉梅.  机械设计与制造. 2015(06)
[5]飞秒激光与准分子激光制作碲掺杂硅探测器[J]. 王熙元,黄永光,刘德伟,朱小宁,王宝军,朱洪亮.  中国激光. 2013(03)
[6]半导体与PN结[J]. 潘平仲.  电子制作. 2010(05)
[7]用于红外探测的掺硼非晶硅薄膜电阻的热电特性研究[J]. 韩琳,刘兴明,刘理天.  半导体光电. 2006(02)
[8]硅基红外热堆中热电偶尺寸和对数对探测性能的影响[J]. 李志怀,冯明,刘月英,沈德新,卢建国,朱自强.  半导体学报. 2001(10)



本文编号：3719304