【摘 要】
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紫外光电探测器在科学分析,工业系统,火灾预警、量子信息技术等领域受到广泛关注,对高灵敏度,低成本的紫外光电探测器提出了迫切需求。本论文以提高硅光电探测器在紫外波段中的光谱响应为目标,提出利用雪崩光电探测器盖革模式下高增益这一特点,最终研制出200nm的入射光下响应度达到107A/W,261nm的入射光下增益达到107的高灵敏紫外硅单光子雪崩二极管。本文的主要研究内容如下:1、为了解决在200nm～
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紫外光电探测器在科学分析,工业系统,火灾预警、量子信息技术等领域受到广泛关注,对高灵敏度,低成本的紫外光电探测器提出了迫切需求。本论文以提高硅光电探测器在紫外波段中的光谱响应为目标,提出利用雪崩光电探测器盖革模式下高增益这一特点,最终研制出200nm的入射光下响应度达到107A/W,261nm的入射光下增益达到107的高灵敏紫外硅单光子雪崩二极管。本文的主要研究内容如下:1、为了解决在200nm～280nm的波长下,Si的吸收长度仅在3～5nm左右,使用于可见光图像传感器的传统硅光电二极管的光响应相对较低。而且Si/SiO2界面态密度高,使紫外光在通过界面态时发生表面非辐射复合,降低了紫外光的响应。为此,提出采用雪崩光电探测器结构,雪崩区陡峭的电场分布使光生载流子快速分离并远离表面,并利用盖革模式下雪崩探测器高增益的特点,提升探测器在紫外的光谱响应。本文基于pn结,制备出同面硅雪崩光电探测器。测试结果表明,探测器在盖革模式下,响应度在200nm达到2.97×107A/W,频率响应在850nm达到1.4GHz。为高灵敏硅紫外单光子探测器的研制提供了新思路。2、为了降低紫外光在经过高浓度掺杂区发生的非辐射复合,提出采用叉指结构,借助指之间低掺杂区域的紫外光吸收,减小器件高浓度区注入比例,增加载流子收集路径,制备出同面叉指雪崩光电探测器。测试结果表明,盖革模式下,200nm响应度达5.44×105A/W。响应度比上一结构低的原因是指之间电场较低,载流子收集效率低。叉指的方式为降低探测器高浓度区非辐射复合,提升紫外光响应提供可能。3、为了避免探测器发生边缘击穿,同时器件尺寸也进一步减小,提出采用虚拟保护环。为此制备出两种同面雪崩光电探测器,分别是采用虚拟保护环结构和注入型保护环结构,验证虚拟保护环的影响。测试结果表明,两种保护环结构的测试曲线基本一致。虚拟保护环结构为进一步减小器件尺寸,提高器件占空比,阵列的制备提供了一种方法。
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