單芯片集成用紫外增強光電探測器的模擬與實現(xiàn).pdf

1、目前的紫外探測器主要基于SiC、GaN、AlGaN等寬禁帶半導體材料制作而成，具有價格貴、體積龐大等缺點；其次，由于它們無法與后續(xù)的信號讀出與處理電路進行單芯片集成，使得整個紫外探測系統(tǒng)至少需要三塊芯片組合才能實現(xiàn)，造成了系統(tǒng)龐大復雜，功耗高的缺點。傳統(tǒng)的硅基紫外光電二極管雖然可以實現(xiàn)將感光器件和CMOS電路進行單芯片集成，但響應度和量子效率普遍較低。本文從解決硅基紫外光電二極管響應度和量子效率低的角度出發(fā)，結合MOSFET高動態(tài)范圍、

2、低噪聲等優(yōu)點及光電二極管指數(shù)型大電流優(yōu)點，利用PN結的載流子注入特點，克服MOSFET器件單一載流子導電而電流密度小的缺點，研究一種單芯片集成用硅基復合型紫外增強型光電探測器。
　　本文設計的紫外增強型光電探測器包含MOS場效應晶體管和光電二極管兩部分，MOS晶體管的襯體懸浮，光電二極管通過橫向PN結實現(xiàn)。在適當?shù)钠秒妷合?，MOS管導電溝道形成。沒有光照時，檢測出一次MOS管的漏極電流。有光照時，橫向PN結利用內建電場將光生載流

3、子注入MOS管的襯體內，改變襯底電勢，引起MOS管閾值電壓變小。在外加偏置電壓不變的情況下，MOS管閾值電壓的減小將增大晶體管的漏極輸出電流，此時第二次檢測出漏極電流，將兩次得到的漏極電流做差，就得到了器件的光響應電流。
　　本文首先利用Silvaco TCAD工藝與器件仿真工具對新器件的柵極寬度、條紋狀柵極結構進行了較深入的討論，目的是為了研究MOS管柵極寬度對導電溝道下的耗盡層勢阱收集光生載流子能力的影響，以及模擬條紋狀柵極結

4、構對紫外（短波）的吸收情況，判斷二者對器件性能的影響，指導流片器件結構的確定。其次，對確定流片的器件結構做了進一步的電學特性和光學特性方面的模擬和分析，包括襯體電勢、轉移特性、輸出特性、光譜響應以及直流特性等。
　　仿真結果表明所設計的新器件對紫外（短波）比近紅外波（長波）具有更大的光響應電流。對微弱光信號表現(xiàn)出更加驚人的直流響應度。該紫外增強光電探測器在紫外光探測及微弱光檢測方面存在很高的應用價值。最后，通過標準0.5μmCMO