金属-半导体-金属光电探测器的瞬态特性分析

给出了金属 -半导体 -金属光电探测器 ( MSM- PD)高频特性的等效电路模型 ,在此模型基础上编写模拟分析程序 ,分析了探测器相关器件参数对器件截止频率的影响 。

基于二维材料的快速响应金属-半导体-金属结构光电探测器研究进展

快速响应光电探测器在光通信、高速摄影、生物医学成像等领域有广泛的需求。目前,市场上应用的快速响应光电探测器大多基于硅、砷化镓等传统的无机半导体材料,但是其制作工艺复杂、成本较高,并且机械灵活性差。以石墨烯、二硫化钼为代表的二维材料具有独特的层状结构以及良好的光学、电学、热学和机械特性,是制备光电探测器的理想材料。尤其是部分二维材料所拥有的超高载流子迁移率特性,十分适用于研制快速响应光电探测器。近年来,一系列基于二维材料的金属-半导体-金属结构光电探测器(Metal-semiconductor-metal photodetectors,MSM-PDs)被陆续报道,很多具有1μs以下的快速响应特性。本文以基于二维材料的快速响应MSM-PDs为主题进行综述。首先介绍了MSM-PDs中的基本结构及工作原理,深入剖析了决定其响应速度的主要因素。随后介绍了石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷、二维钙钛矿、三元硒氧铋等二维材料的分子结构、光学、电学等特性,并对各类二维材料在MSM-PDs的应用进行对比。然后分类介绍了响应速度在1μs以下的欧姆接触型、肖特基接触型以及基于表面等离激元效应二维材料MSM-PDs的研究进展。最后总结全文,并对二维材料在快速响应光电探测器中的应用前景及发展趋势进行了展望。

GaN金属-半导体-金属紫外光电探测器的研制

用金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)方法在蓝宝石衬底上制备了GaN单晶薄膜,并对样品进行X射线衍射和光致发光谱测量.利用GaN样品成功地制备了金属-半导体-金属(MSM)结构GaN紫外光电探测器,并对其I-V特性、光谱响应及击穿电压等性能进行测试和分析.结果表明,探测器在-5 V偏压下的光电流与暗电流之比大于400倍;探测器光响应在352 nm附近达到响应峰值,并在364 nm附近出现截止,即具备可见盲特性;器件的光响应度最好达0.21A/W.

基于半导体-金属相变材料的宽谱、偏振选择的红外光开关(英文)

提出了一种基于半导体-金属相变材料和掩埋金属光栅结构的新型红外光开关。该结果由电磁场有限元方法计算得到。设计了在近红外波段表现出宽谱的、偏振选择的全光开关效应。掩埋金属光栅极大的提高了二氧化钒薄膜作为光开关的消光比,使得该结构在亚波长尺寸获得了高的消光比。结构的光学响应随入射角变化并不敏感。结构的透过、吸收特性可由结构参数进行调节。此设计在红外光通信、光计算以及军事探测、无损检测等领域具有潜在的应用。

金属-无机半导体-金属光电探测器的研究进展

金属-半导体-金属光电探测器(MSM-PDs)本身固有的高速、高响应率、易集成等特性使其在光纤通信、传感、制导等多个领域受到广泛关注。文中围绕金属-无机半导体-金属光电探测器展开综述。首先介绍了MSM-PDs的基本结构,包含共面和垂直两种类型。紧接着,介绍了MSM-PDs具体的工作原理,除了常见的光电导型及肖特基型工作原理,还介绍了以金属作为吸光层的热载流子光电探测器的工作原理。随后,详细介绍了以GaAs、InGaAs、Si/Ge等无机材料作为半导体层的MSM-PDs在过去所取得的研究进展。此外,还介绍了利用金属微纳结构拓展较宽带隙半导体材料MSM-PDs在红外波段响应特性的研究进展。最后,总结全文并对MSM-PDs未来的发展做出了展望。

不同相NbS_(2)与GeS_(2)构成的二维金属-半导体异质结的电接触性质

金属-半导体异质结(MSJ)是研发新型器件的基础.本文考虑利用不同相的金属H-和T-NbS_(2)与半导体GeS_(2)组成不同的二维范德瓦耳斯MSJ,并对它们的结构稳定性、电子特性以及电接触性质进行深入研究,重点在探索MSJ电接触性质对不同相金属的依赖关系.计算的结合能、声子谱、AIMD模拟以及力学性质研究表明,两异质结高度稳定,可实验制备,且用于电子器件设计可行.本征态H-NbS_(2)/GeS_(2)和T-NbS_(2)/GeS_(2)异质结分别形成了p型肖特基接触和准n型欧姆接触.同时发现它们的肖特基势垒高度(SBH)和电接触类型可以通过外加电场和双轴应变来有效调控.例如,对于H-NbS_(2)/GeS_(2)异质结,无论施加正/负电场或平面双轴压缩,均能实现欧姆接触,而T-NbS_(2)/GeS_(2)异质结,仅在施加负电场时,才能实现欧姆接触,但需要的负电场很低,平面双轴拉伸能导致其实现准欧姆接触.也就是说,当以半导体GeS_(2)单层为场效应晶体管沟道材料,与不同相的金属NbS_(2)接触形成MSJ时,其界面肖特基势垒有明显区别,且在不同情形(本征或物理调控)中各有优势.所以,本研究对于理解H(T)-NbS_(2)/GeS_(2)异质结电接触的物理机制具有重要意义,特别是为如何选择合适金属电极以研发高性能电子器件提供了理论参考.

双沟槽SiC金属-氧化物-半导体型场效应管重离子单粒子效应

本文针对第四代双沟槽型碳化硅场效应晶体管升展了不同源漏偏置电压下208 MeV锗离子辐照实验,分析了器件产生单粒子效应的物理机制.实验结果表明,辐照过程中随着初始偏置电压的增大,器件漏极电流增长更明显;在偏置电压为400 V时,重离子注量达到9×10^(4)ion/cm^(2),器件发生单粒子烧毁,在偏置电压为500 V时,重离子注量达到3×10^(4)ion/cm^(2),器件发生单粒子烧毁,单粒子烧毁阈值电压在器件额定工作电压的34%(400 V)以下.对辐照后器件进行栅特性测试,辐照过程中偏置电压为100 V的器件泄漏电流无明显变化;200 V和300 V时,器件的栅极泄漏电流和漏极泄漏电流都增大.结合TCAD仿真模拟进一步分析器件单粒子效应微观机制,结果表明在低偏压下,泄漏电流增大是因为电场集中在栅氧化层的拐角处,导致了氧化层的损伤;在高偏压下,辐照过程中N-外延层和N+衬底交界处发生的电场强度增大,引起显著的碰撞电离,由碰撞电离产生的局域大电流密度导致晶格温度超过碳化硅的熔点,最终引起单粒子烧毁.

功率金属-氧化物半导体场效应晶体管静电放电栅源电容解析模型的建立

在实际静电放电测试时,发现各种功率金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的静电放电测试结果均呈现出正反向耐压不对称现象,而人体与器件接触时的静电放电过程是不区分正反向的.正反向耐压差异较大对于功率MOSFET或作为静电放电保护器件来说都是无法接受的,其造成器件失效的问题格外凸显.本文通过建立SGT-MOSFET,VUMOSFET和VDMOS在静电放电正反向电压下的栅源电容解析模型,对比分析了三种功率MOSFET器件静电放电正反向耐压不对称及其比值不同的原因,为器件的静电放电测试及可靠性分析提供了理论依据.

基于HfO_(2)插层的Ga_(2)O_(3)基金属-绝缘体-半导体结构日盲紫外光电探测器

作为一种新兴的超宽带隙半导体, Ga_(2)O_(3)在开发高性能的日盲紫外光电探测器方面具有独特的优势.金属-半导体-金属结构因其制备方法简单、集光面积大等优点在Ga_(2)O_(3)日盲紫外光电探测器中得到了广泛的应用.本文在传统的金属-半导体-金属结构Ga_(2)O_(3)日盲紫外光电探测器的基础上,利用原子层沉积技术引入高介电性和绝缘性的氧化铪(HfO_(2))作为绝缘层和钝化层,制备出带有HfO_(2)插层的金属-绝缘体-半导体结构的Ga_(2)O_(3)日盲紫外光电探测器,显著降低了暗电流,提升了光暗电流比,同时提高了器件的比探测率和响应速度,为未来Ga_(2)O_(3)在高性能弱光探测器件制备提供了一种新通用策略.

4H-SiC金属-半导体-金属结构紫外探测器的模拟与分析

用MEDICI软件对金属一半导体一金属（MSM）结构4H—SiC紫外（UV）探测器的FV特性以及光谱响应等特性进行了模拟与分析，并探讨了金属电极的宽度、电极间距以及外延层厚度对探测器响应度的影响。结果表明，室温下该探测器的暗电流线性密度达到10^-13A／μm，且在不同电压下光电流至少比暗电流大两个数量级；探测器的光谱响应范围为200-400nm，在347nm处响应度达到极大值；增大指宽或者减小指间距可以提高探测器的响应度；当波长小于峰值波长时外延层厚度对探测器的响应度基本没影响，而当波长大于峰值波长时随着外延层厚度的增大探测器的响应度有所增大。

基于应变锗的金属—半导体—金属光电探测器

通过对锗(Ge)半导体材料进行拉伸应变和n型掺杂,可以提高其电子迁移率和发光性能。将薄膜卷曲技术与微电子加工技术相结合,制备出悬浮的Ge微米带结构,实现了单轴和双轴2种不同的应变状态,并且可以通过调整光刻图案来控制Ge的应变状态和大小。利用这一方法,制备出了高性能双轴应变Ge对称型肖特基接触金属-半导体-金属(MSM)光电探测器。经测试,在1 V偏压和入射功率为1 000 nW的863 nm激光下,该探测器具有低至nA量级的暗电流和高达713的电流开/关比。该性能的实现主要是依赖于双轴应变和掺杂对Ge能带的修饰。研究结果展示了应变Ge在光电探测领域的优势,也证明了其在Si兼容光学通信设备中的应用潜力。

金属-半导体-金属结构A1GaN／GaN异质结紫外探测器技术及特性

制备了金属-半导体-金属（MSM）结构的A1GaN／GaN异质结紫外探测器，探测器采用Ni／Au金属作为电极。实验研究了探测器的光电响应特性和I-V特性。此探测器具有两个光谱响应范围，光谱响应的峰值响应率分别为288nm处0．717A／W和366nm处0．641A／W，峰值处的量子效率分别为288nm处308oA和366nm处217％。

一种改进型金属-半导体-金属光电探测器数学模型

以E.Sano的金属-半导体-金属光电探测器(MSM-PD)模型为基础,提出了一种改进型的模型.该模型以多个电流源和电容并联的形式构造,以吸收区过剩电子和空穴总数为研究对象,求解速率方程.另外计算了电容,给出了暗电流与端电压的非线性计算式,改进了传统模型中暗电流的线性计算方法.通过线性叠加给出了该模型光电流的数学解析解.通过在Matlab中的模拟计算,表明该模型具有计算量小、准确度高的特点,它不仅能反映一定偏压和光照下光电流的变化,而且能展示光电子在器件中的转化过程.这种模型也能较好地应用于微弱信号的检测模拟.

在半导体-金属相变温度附近氧化钒薄膜光学性质的异常变动

在可见光—近红外波段的不同波长下,测量了半导体-金属相变过程中氧化钒薄膜样品的反射率和透射率.在薄膜相变过程中,不同波段的反射率曲线和透射率曲线表现出不同的变化趋势.利用非相干光在薄膜中的多级反射-透射模型,计算了相变过程中不同波长下氧化钒薄膜的折射率n和消光系数k随温度的变化.结果表明,在相变温度附近氧化钒薄膜光学性质的异常变动,其原因既有薄膜的折射率和消光系数随波长的变化趋势不同,也有在吸收性薄膜中存在探测光多次反射和透射的累加效应.

测量计算金属-半导体接触电阻率的方法

如何测量、计算得到精确接触电阻值已凸显重要。介绍了多种测量计算金属-半导体欧姆接触电阻率的模型和方法,如矩形传输线模型、圆点传输线模型、多圆环传输线模型等,对各方法的利弊进行了讨论,并结合最新的研究进展进行了评述和归纳。综合多种因素考虑,认为圆点传输线模型是一种较好的测量金属半导体接触电阻率的方法。

蒙特卡罗方法模拟金属-半导体接触的直接隧穿效应(英文)

运用自洽的蒙特卡罗方法模拟了肖特基接触的隧穿效应 .模拟的内容包括具有不同的势垒高度的金属 -半导体接触在正向和反向偏置下的工作状态 .分析模拟结果可知 ,隧穿电流在反向偏置下起主要的作用 .同时还模拟了引入肖特基效应后 ,SBD的工作特性 ,验证了模拟使用的物理模型 .得到了与理论计算值符合的模拟结果 .分析模拟结果表明 ,由于肖特基效应形成的金属 -半导体接触势垒的降低 ,会在很大程度上影响金属

金属-半导体接触势垒高度的理论计算

采用平均键能作为参考能级计算了十种金属 -半导体接触势垒高度 ,其计算结果与实验值的符合程度不亚于 Tersoff和 M o¨ nch所采用的电中性能级方法 ,计算结果表明平均键能方法和 Tersoff提出的电中性能级方法一样 ,可作为金属

用直线四探针头测量金属-半导体的接触电阻率

本文提出一种用直线四探针头测量金属-半导体欧姆接触接触电阻率的简捷方法.导出了适用于薄层半导体材料的接触电阻率表达式,经实验验证结果与线性传输线模型一致.

基于复合绝缘层SiN_x/PMMA的有机金属-绝缘层-半导体器件

为改善有机半导体器件的界面性能,在氮化硅层上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)构成复合绝缘层。首先,利用原子力显微镜研究了不同浓度的PMMA复合绝缘层的表面形貌及粗糙度。接着,蒸镀六联苯(p-6P)、酞菁铜和金电极,构成有机的金属-绝缘层-半导体(MIS)器件。最后,研究了MIS器件的回滞效应及电性能。实验结果表明,复合绝缘层的粗糙度为单绝缘层的1/5,大约1.4 nm。复合绝缘层上的p-6P薄膜随着PMMA浓度增加形成更大更有序的畴,但单绝缘层上薄膜呈无序颗粒状。复合绝缘层的有机MIS器件几乎没有回滞现象,但单绝缘层的器件最大回滞电压约为12.8 V,界面陷阱电荷密度约为1.16×1012 cm-2。复合绝缘层有机薄膜晶体管的迁移率为1.22×10-2 cm2/(V·s),比单绝缘层提高了60%,饱和电流提高了345%。基于复合绝缘层的MIS器件具有更好的界面性能和电性能,可应用到有机显示领域。

4H-SiC金属-半导体场效应晶体管大信号I-V特性和小信号参数的计算

基于碳化硅金属-半导体场效应晶体管内部载流子输运的物理特性分析,建立适于精确计算4H-SiCMESFET器件大信号电流-电压特性和小信号参数的解析模型.该模型采用场致迁移率、速度饱和近似,并考虑碳化硅中杂质不完全离化效应及漏源串联电阻的影响,栅偏置为0 V时,获得最大跨导约为48 mS.mm-1.计算结果与实验数据有很好的一致性.该模型具有物理概念清晰且计算较为准确的优点,适于SiC器件以及电路研究使用.