基于黑硅材料的Si-APD功能仿真研究.pdf

1、硅是地球上儲(chǔ)量最為豐富的半導(dǎo)體材料，且易于提純、成本較低，在半導(dǎo)體器件中得到了廣泛的應(yīng)用，相關(guān)的技術(shù)已經(jīng)非常成熟。然而，單晶硅材料的禁帶寬度較大（1.1eV），無(wú)法有效吸收波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光波。因而，需要研制具有較高響應(yīng)度和寬光譜響應(yīng)范圍的新型硅光電探測(cè)器。黑硅材料具有特殊的表面形貌結(jié)構(gòu)，對(duì)可見(jiàn)光有極高的光學(xué)吸收，且具有良好的寬光譜吸收特性，可用于光電探測(cè)器、太陽(yáng)能電池及其它光電器件。
　　本文闡述了硅基APD光電探測(cè)器的工作原理，介紹

2、了器件的特性參數(shù)，對(duì)黑硅具有高的光吸收率和寬光譜吸收范圍的原因，進(jìn)行了理論分析。在理論研究與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，首先對(duì)傳統(tǒng)硅APD光電探測(cè)器進(jìn)行了仿真研究，觀察了器件的電場(chǎng)分布，并對(duì)I-V特性、光譜特性、響應(yīng)時(shí)間和雪崩倍增因子等功能特性，進(jìn)行了仿真分析。
　　在傳統(tǒng)硅 APD光電探測(cè)器仿真研究的基礎(chǔ)上，在 N+層上制備黑硅層，進(jìn)行了基于黑硅材料的APD光電探測(cè)器的仿真研究，器件結(jié)構(gòu)為N+PπP+。結(jié)果表明：1）以N+層為光敏區(qū)的器件

3、比以P+層為光敏面的器件具有更高的響應(yīng)度，黑硅探測(cè)器對(duì)于可見(jiàn)光和近紅外光都具有高的響應(yīng)度；2）以 N+層作為光敏區(qū)的器件主要性能參數(shù)為：雪崩電壓-116V左右；雪崩倍增因子 M=21.8時(shí)，器件響應(yīng)度 R為9A/W左右（@1.1μm）；器件暗電流大小為10pA量級(jí)，響應(yīng)時(shí)間為10ns量級(jí)，暗電流和響應(yīng)時(shí)間與傳統(tǒng)硅 APD光電探測(cè)器相比量級(jí)保持不變；3）器件的響應(yīng)度隨尖錐結(jié)構(gòu)縱橫比的增大而增大，N+黑硅層摻雜濃度越高，其光響應(yīng)度越高；4）