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研究硅基雪崩光电探测器

 论文栏目:期刊知识    更新时间:2014-05-29 10:55   

摘要:硅基雪崩光电探测器(Si-APD)性能参数的研究可以优化改进器件结构的设计,而结构设计直接影响雪崩光电探测器的光电特性。本文针对Si基雪崩光电探测器的性能参数和器件结构进行研究,提出了改善器件性能参数的工艺方法,最终设计了一种硅基雪崩光电探测器结构。
  关键词:硅基雪崩光电二极管 性能参数 结构设计
  中图分类号:TN219 文献标识码:A 文章编号: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
  雪崩光电二极管(APD)具有内部增益功能,其灵敏度和信噪比S/N都比较高,被广泛应用于激光测距、工业传感及各种光电成像系统和医疗检测 系统;光纤通信、大气通信及光电传输系统;同时也广泛应用于各种激光跟踪、制导,激光引信和激光预警等系统中[1]。目前,我国对光电探测器关键技术掌握 不足,特别是高性能的光电探测器,进而高性能的光电探测器都主要依赖从国外进口,因此很有必要对APD器件的性能和结构进行深入分析。
  本文通过对APD器件特性参数进行了理论分析,提出了改善性能参数的方法,并设计了一种优化结构。
  2 APD性能参数研究与优化
  APD的工作机理:当入射光照射至器件表面(P+)时,光子在光吸收区产生光生载流子(空穴电子对),空穴电子对在雪崩光电二极管内部高电场 作用下高速运动,在运动过程中通过碰撞电离效应,产生数量是首次空穴电子对几十倍的二次、三次新空穴电子对,从而形成很大的光信号电流。
  要获得到性能良好的APD器件,对器件的性能参数的深入分析研究是必不可少的。本文主要讨论APD的响应度、量子效率、暗电流和增益带宽等特性,分析影响性能的主要因素,为后续设计指明方向。
  2.1 APD响应度和量子效率分析
  2.3 其他特性
  本文设计的一种硅基APD,除了上述性能外,与PIN管的特性比较如表1所示。
  3 APD器件结构设计
  APD结构是在PIN光电二极管的基础上,对P区和N区都进行了重掺杂,在邻近P区或N区引进n型或p型倍增区,从而形成雪崩光电二极管[4]。
  根据前文对APD性能参数的优化分析,本文设计了一种拉通型硅基雪崩光电二极管的结构,如图1所示。
  该结构采用高阻P-Si单晶片或外延片上依次进行P型和N型杂质的注入或扩散来实现。首先在外延片上进行硼扩散形成P+环(保护环),然后进行离子注入形成P-区,接着磷扩散形成N+区(光敏区),最后刻出电极孔,淀积金属铝,对芯片进行减薄,即形成APD基本结构。
  本结构具有高增益带宽积,能与传统CMOS工艺良好兼容。
  4 结语
  本文通过对APD性能参数的研究,分析了影响性能参数的主要因素,并提出了优化器件特性的方法,最后设计了一种硅基拉通型APD光电探测器的结构。
  参考文献
  [1]邓大鹏,等.光纤通信原理(第二版)[M].人民邮电出版社,2009.
  [2]吕华.雪崩光电二极管APD的特性与单光子探测研究[D].华南理工大学,2005.
  [3]于国民,裘效诚,Cd0.2Hg0.8Te光电二极管表面漏电流的减少[J].红外与激光技术,2006,36(5):525-532.
  [4]石柱,何伟,贾文治,向秋澄.中心带雪崩光电二极管的InGaAs PIN四象限探测器[D].四川:西南技术物理研究所,2010,10.

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