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研究硅基雪崩光電探測器

 論文欄目:期刊知識    更新時間:2014-05-29 10:55   

摘要:硅基雪崩光電探測器(Si-APD)性能參數的研究可以優化改進器件結構的設計,而結構設計直接影響雪崩光電探測器的光電特性。本文針對Si基雪崩光電探測器的性能參數和器件結構進行研究,提出了改善器件性能參數的工藝方法,最終設計了一種硅基雪崩光電探測器結構。
  關鍵詞:硅基雪崩光電二極管 性能參數 結構設計
  中圖分類號:TN219 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2014)01-0060-02
  Abstract:Studying the characteristics of Si-APD can improve the device structure ,and the design of structure directly influences the photoelectric characteristics.This paper studies the characteristics and the structure of Si-APD, and puts forward a new technique method of improving device performance parameters, and design a structure of the silicon avalanche photodiode detector.
  Key Words:Silicon avalanche photodiode;Performance parameters;Structure design
  1 引言
  雪崩光電二極管(APD)具有內部增益功能,其靈敏度和信噪比S/N都比較高,被廣泛應用于激光測距、工業傳感及各種光電成像系統和醫療檢測 系統;光纖通信、大氣通信及光電傳輸系統;同時也廣泛應用于各種激光跟蹤、制導,激光引信和激光預警等系統中[1]。目前,我國對光電探測器關鍵技術掌握 不足,特別是高性能的光電探測器,進而高性能的光電探測器都主要依賴從國外進口,因此很有必要對APD器件的性能和結構進行深入分析。
  本文通過對APD器件特性參數進行了理論分析,提出了改善性能參數的方法,并設計了一種優化結構。
  2 APD性能參數研究與優化
  APD的工作機理:當入射光照射至器件表面(P+)時,光子在光吸收區產生光生載流子(空穴電子對),空穴電子對在雪崩光電二極管內部高電場 作用下高速運動,在運動過程中通過碰撞電離效應,產生數量是首次空穴電子對幾十倍的二次、三次新空穴電子對,從而形成很大的光信號電流。
  要獲得到性能良好的APD器件,對器件的性能參數的深入分析研究是必不可少的。本文主要討論APD的響應度、量子效率、暗電流和增益帶寬等特性,分析影響性能的主要因素,為后續設計指明方向。
  2.1 APD響應度和量子效率分析
  2.3 其他特性
  本文設計的一種硅基APD,除了上述性能外,與PIN管的特性比較如表1所示。
  3 APD器件結構設計
  APD結構是在PIN光電二極管的基礎上,對P區和N區都進行了重摻雜,在鄰近P區或N區引進n型或p型倍增區,從而形成雪崩光電二極管[4]。
  根據前文對APD性能參數的優化分析,本文設計了一種拉通型硅基雪崩光電二極管的結構,如圖1所示。
  該結構采用高阻P-Si單晶片或外延片上依次進行P型和N型雜質的注入或擴散來實現。首先在外延片上進行硼擴散形成P+環(保護環),然后進行離子注入形成P-區,接著磷擴散形成N+區(光敏區),最后刻出電極孔,淀積金屬鋁,對芯片進行減薄,即形成APD基本結構。
  本結構具有高增益帶寬積,能與傳統CMOS工藝良好兼容。
  4 結語
  本文通過對APD性能參數的研究,分析了影響性能參數的主要因素,并提出了優化器件特性的方法,最后設計了一種硅基拉通型APD光電探測器的結構。
  參考文獻
  [1]鄧大鵬,等.光纖通信原理(第二版)[M].人民郵電出版社,2009.
  [2]呂華.雪崩光電二極管APD的特性與單光子探測研究[D].華南理工大學,2005.
  [3]于國民,裘效誠,Cd0.2Hg0.8Te光電二極管表面漏電流的減少[J].紅外與激光技術,2006,36(5):525-532.
  [4]石柱,何偉,賈文治,向秋澄.中心帶雪崩光電二極管的InGaAs PIN四象限探測器[D].四川:西南技術物理研究所,2010,10.

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