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基于4H-SiC APD单光子探测的主动淬灭电路研究
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作者 陶晓强 李天义 +3 位作者 徐尉宗 周东 任芳芳 陆海 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期809-815,共7页
为了对比不同类型淬灭电路对4H-SiC雪崩光电二极管(APD)探测性能的影响,采用被动淬灭电路(PQC)和主动淬灭电路(AQC),对两种类型SiC紫外APD进行了单光子探测实验,发现在PQC较长死区时间内,会频发后脉冲现象,导致APD的暗计数率(DCR)较高,... 为了对比不同类型淬灭电路对4H-SiC雪崩光电二极管(APD)探测性能的影响,采用被动淬灭电路(PQC)和主动淬灭电路(AQC),对两种类型SiC紫外APD进行了单光子探测实验,发现在PQC较长死区时间内,会频发后脉冲现象,导致APD的暗计数率(DCR)较高,从而降低器件的信噪比;对APD后脉冲概率的时间分布进行了研究,并进一步对AQC在更高器件过偏压下单光子探测中出现的问题进行了分析,提出了电路改进方案。结果表明,通过将AQC死区时间调整至45 ns,在相同单光子探测效率下,可将器件DCR减少至原先水平的1/4;通过有效抑制后脉冲和加快APD恢复速度,AQC可使器件展现出更加优越的探测性能。此研究为SiC APD在单光子探测中的应用提供了一定的参考。 展开更多
关键词 传感器技术 雪崩光电二极管 主动淬灭电路 4H-sic 单光子探测
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Recent progress of SiC UV single photon counting avalanche photodiodes 被引量:7
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作者 Linlin Su Dong Zhou +2 位作者 Hai Lu Rong Zhang Youdou Zheng 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 2019年第12期59-69,共11页
4H-SiC single photon counting avalanche photodiodes(SPADs)are prior devices for weak ultraviolet(UV)signal detection with the advantages of small size,low leakage current,high avalanche multiplication gain,and high qu... 4H-SiC single photon counting avalanche photodiodes(SPADs)are prior devices for weak ultraviolet(UV)signal detection with the advantages of small size,low leakage current,high avalanche multiplication gain,and high quantum efficiency,which benefit from the large bandgap energy,high carrier drift velocity and excellent physical stability of 4 H-SiC semiconductor material.UV detectors are widely used in many key applications,such as missile plume detection,corona discharge,UV astronomy,and biological and chemical agent detection.In this paper,we will describe basic concepts and review recent results on device design,process development,and basic characterizations of 4 H-SiC avalanche photodiodes.Several promising device structures and uniformity of avalanche multiplication are discussed,which are important for achieving high performance of 4 HSiC UV SPADs. 展开更多
关键词 sic avalanche photodiodes single photon counting ultraviolet detection
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Passive Quenching Electronics for Geiger Mode 4H-SiC Avalanche Photodiodes
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作者 刘飞 周东 +4 位作者 陆海 陈敦军 任芳芳 张荣 郑有炓 《Chinese Physics Letters》 SCIE CAS CSCD 2015年第12期163-166,共4页
We design and fabricate 4H-SiC UV avalanche photodiodes (APDs) ~qth positive beveled mesa, which exhibit low leakage current and high avalanche gain when working in the Geiger mode. The single photon counting perfor... We design and fabricate 4H-SiC UV avalanche photodiodes (APDs) ~qth positive beveled mesa, which exhibit low leakage current and high avalanche gain when working in the Geiger mode. The single photon counting performance of the SiC APDs is studied by using a passive-quenching circuit. A new method to determine the exact breakdown voltage of the APD is proposed based on the initial emergence of photon count pulses. The photon count rate and dark count rate of the APD are also evaluated as a function of quenching resistance. 展开更多
关键词 sic apd Passive Quenching Electronics for Geiger Mode 4H-sic avalanche photodiodes
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Discrimination Voltage and Overdrive Bias Dependent Performance Evaluation of Passively Quenched SiC Single-Photon-Counting Avalanche Photodiodes
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作者 刘飞 杨森 +3 位作者 周东 陆海 张荣 郑有炓 《Chinese Physics Letters》 SCIE CAS CSCD 2015年第8期196-199,共4页
In many critical civil and emerging military applications, low-level UV detection, sometimes at single photon level, is highly desired. In this work, a mesa-type 4H-SiC UV avalanche photodiode (APD) is designed and ... In many critical civil and emerging military applications, low-level UV detection, sometimes at single photon level, is highly desired. In this work, a mesa-type 4H-SiC UV avalanche photodiode (APD) is designed and fabricated, which exhibits low leakage current and high avalanche gain. When studied by using a passive quenching circuit, the APD exhibits self-quenching characteristics due to its high differential resistance in the avalanche region. The single photon detection efficiency and dark count rate of the APD are evaluated as functions of discrimination voltage and over-drive voltage. The optimized operation conditions of the single photon counting APD are discussed. 展开更多
关键词 sic apd Discrimination Voltage and Overdrive Bias Dependent Performance Evaluation of Passively Quenched sic Single-Photon-Counting avalanche photodiodes
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Performance improvement of 4H-SiC PIN ultraviolet avalanche photodiodes with different intrinsic layer thicknesses
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作者 Xiaolong Cai Dong Zhou +5 位作者 Liang Cheng Fangfang Ren Hong Zhong Rong Zhang Youdou Zheng Hai Lu 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第9期381-384,共4页
Four 4H-SiCp-i-n ultraviolet(UV) avalanche photodiode(APD) samples PIN-0.1, PIN-0.35, PIN-0.5, and PIN-1.0 with different intrinsic layer thicknesses(0.1 μm, 0.35 μm, 0.5 μm, and 1.0 μm, respectively) are designed... Four 4H-SiCp-i-n ultraviolet(UV) avalanche photodiode(APD) samples PIN-0.1, PIN-0.35, PIN-0.5, and PIN-1.0 with different intrinsic layer thicknesses(0.1 μm, 0.35 μm, 0.5 μm, and 1.0 μm, respectively) are designed and fabricated.Single photon detection efficiency(SPDE) performance becomes better as the intrinsic layer thickness increases, which is attributed to the inhibitation of tunneling.Dark count origin is also investigated, an activation energy as small as 0.22 eV of the dark count rate(DCR) confirms that the trap-assisted tunneling(TAT) process is the main source of DCR.The temperature coefficient ranges from-2.6 mV/℃ to 18.3 mV/℃, demonstrating that the TAT process is dominant in APDs with thinner intrinsic layers.Additionally, the room temperature maximum quantum efficiency at 280 nm differs from 48% to 65% for PIN-0.35, PIN-0.5, and PIN-1.0 under 0 V bias, and UV/visible rejection ratios higher than 104 are obtained. 展开更多
关键词 4H-sic avalanche photodiode single photon detection efficiency TUNNELING
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高均匀性1×128 SiC紫外雪崩光电二极管探测阵列
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作者 李红旭 苏琳琳 杨成东 《电子元件与材料》 CAS 北大核心 2024年第7期804-808,共5页
主要研究了SiC雪崩光电二极管(APD)阵列对微弱紫外光的探测均匀性问题,设计并制备了1×128 SiC APD探测阵列,通过表征各像素点的电流-电压曲线,提取出APD阵列的击穿电压波动在±0.1 V;通过被动淬灭电路表征各像素点的微弱紫外... 主要研究了SiC雪崩光电二极管(APD)阵列对微弱紫外光的探测均匀性问题,设计并制备了1×128 SiC APD探测阵列,通过表征各像素点的电流-电压曲线,提取出APD阵列的击穿电压波动在±0.1 V;通过被动淬灭电路表征各像素点的微弱紫外光探测能力,提取出APD阵列的暗计数率波动在±0.5 Hz/μm^(2),单光子探测效率波动在±0.4%,良率达到91%,结果表明本工作设计的SiC APD探测阵列能够为微弱紫外光成像技术提供可行的技术方案。 展开更多
关键词 雪崩光电二极管 sic 探测阵列 高均匀性 良率
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基于SiC APD的日盲紫外单光子计数读出电路设计与应用
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作者 吴金 郑丽霞 +4 位作者 王力 田江江 张伟东 何维捷 孙伟锋 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期1448-1452,共5页
针对宽禁带半导体SiC APD紫外单光子探测器,本文提出了一种1×8线阵型单光子计数读出电路.根据光强条件并通过合适的时序控制,可选取固定门控或互补门控探测方式,实现宽动态范围紫外光子信号的探测计数.读出电路采用TSMC 0.18μm C... 针对宽禁带半导体SiC APD紫外单光子探测器,本文提出了一种1×8线阵型单光子计数读出电路.根据光强条件并通过合适的时序控制,可选取固定门控或互补门控探测方式,实现宽动态范围紫外光子信号的探测计数.读出电路采用TSMC 0.18μm CMOS工艺制备,测试结果表明,读出电路具备单光子探测功能,性能与仿真分析预期结果吻合.最终,借助微动系统二维转台完成对日盲紫外单波长光子的探测与成像,实现对多个独立紫外光源的准确区分与目标定位. 展开更多
关键词 sic雪崩光电二极管 读出电路 互补门控 紫外单光子探测与成像
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p型接触界面氧影响SiC APD暗电流的机制研究
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作者 杨成东 苏琳琳 《电子元件与材料》 CAS 北大核心 2023年第1期45-49,62,共6页
SiC雪崩光电二极管(APD)作为一种微弱紫外光探测器件,高探测灵敏度对器件暗电流水平提出极高要求。在SiC APD复杂的制备过程中,器件暗电流是极其敏感的,为了探索工艺中暗电流的影响因素并分析其机制,对四种不同工艺条件下制备的SiC APD... SiC雪崩光电二极管(APD)作为一种微弱紫外光探测器件,高探测灵敏度对器件暗电流水平提出极高要求。在SiC APD复杂的制备过程中,器件暗电流是极其敏感的,为了探索工艺中暗电流的影响因素并分析其机制,对四种不同工艺条件下制备的SiC APD进行对照分析,通过电流-电压曲线展现器件的输出特性,并结合扫描电子显微镜(SEM)来研究相关界面的表面特性,从而揭示漏电机制。研究表明,器件制备过程中界面氧的引入在高温退火过程中会诱导金属-半导体界面缺陷的形成,从而导致暗电流的急剧增加,这种缺陷的诱导机制还和p型接触金属密切相关。在器件制备过程中,在氧等离子体去胶等可能引入氧氛围的工艺步骤后,对外延片进行氢氟酸腐蚀以去除氧氛围能够有效降低器件的暗电流。 展开更多
关键词 sic 雪崩光电二极管 暗电流 界面氧
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4H-SiC雪崩光电探测器中倍增层参数的优化模拟
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作者 钟林瑛 洪荣墩 +3 位作者 林伯金 蔡加法 陈厦平 吴正云 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第6期742-747,共6页
应用ATLAS模拟软件,设计了吸收层与倍增层分离的(SAM)4H-SiC雪崩光电探测器(APD)结构。分析了不同外延层厚度和掺杂浓度对器件光谱响应的影响,对倍增层参数进行优化模拟,得出倍增层的最优化厚度为0.26μm,掺杂浓度为9.0×10^(17)cm^... 应用ATLAS模拟软件,设计了吸收层与倍增层分离的(SAM)4H-SiC雪崩光电探测器(APD)结构。分析了不同外延层厚度和掺杂浓度对器件光谱响应的影响,对倍增层参数进行优化模拟,得出倍增层的最优化厚度为0.26μm,掺杂浓度为9.0×10^(17)cm^(-3)。模拟分析了该APD的反向Ⅳ特性、光增益、不同偏压下的光谱响应和探测率等,结果显示该APD在较低的击穿电压-66.4 V下可获得较高的倍增因子10~5;在0 V偏压下峰值响应波长(250 nm)处的响应度为0.11A/W,相应的量子效率为58%;临近击穿电压时,紫外可见比仍可达1.5×10~3;其归一化探测率最大可达1.5×10^(16)cmHz^(1/2)W^(-1)。结果显示该APD具有较好的紫外探测性能。 展开更多
关键词 光电子学 4H—sic apd 光谱响应 探测率
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4×44H-SiC紫外雪崩光电二极管阵列
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作者 许婧 周幸叶 +4 位作者 谭鑫 吕元杰 李佳 梁士雄 冯志红 《半导体技术》 CAS 北大核心 2020年第7期519-523,共5页
碳化硅(SiC)雪崩光电二极管(APD)固态紫外(UV)探测器在很多领域具有重要的潜在应用价值。针对4H-SiC APD阵列目前面临的像元良率较低和击穿电压一致性差等问题,基于吸收电荷倍增分离结构,设计制备了一款4×4的4H-SiC APD阵列芯片,... 碳化硅(SiC)雪崩光电二极管(APD)固态紫外(UV)探测器在很多领域具有重要的潜在应用价值。针对4H-SiC APD阵列目前面临的像元良率较低和击穿电压一致性差等问题,基于吸收电荷倍增分离结构,设计制备了一款4×4的4H-SiC APD阵列芯片,并对其紫外探测性能和阵列像元的一致性进行了测试与分析。结果显示,所制备的4×4 4H-SiC APD阵列不但具有较大的像元面积,而且具有较好的紫外探测性能、较高的像元良率和较好的击穿电压一致性。室温下,像元的雪崩增益高达10~5以上,单位增益最大外量子效率为70%,阵列中16个像元均实现雪崩硬击穿,像元良率达到100%,击穿电压保持高度一致,均为157.2 V,在95%击穿电压时像元的暗电流全部小于1 nA。4H-SiC APD阵列性能的提高将为4H-SiC APD在紫外成像领域的应用奠定基础。 展开更多
关键词 4H-sic 雪崩光电二极管(apd) 紫外(UV)探测器 阵列 暗电流
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高耐压和低暗计数SiC紫外雪崩光电二极管 被引量:4
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作者 杨成东 夏开鹏 +3 位作者 马文烨 高晏琦 郁智豪 苏琳琳 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期1-6,共6页
碳化硅(SiC)雪崩光电二极管(APD)是一种独具优势的微弱紫外光探测器,其过偏压承受能力是确保器件可靠工作的一个重要因素。本工作设计并制备了穿通型SiC吸收层电荷控制层雪崩倍增层分离(SACM)APD。基于这种结构,器件电场从雪崩倍增层向... 碳化硅(SiC)雪崩光电二极管(APD)是一种独具优势的微弱紫外光探测器,其过偏压承受能力是确保器件可靠工作的一个重要因素。本工作设计并制备了穿通型SiC吸收层电荷控制层雪崩倍增层分离(SACM)APD。基于这种结构,器件电场从雪崩倍增层向吸收层扩展,从而减小了雪崩倍增层内电场强度变化率,最终将器件过偏压承受能力提高到10 V;得益于吸收层的分压,雪崩倍增层的电场强度得到有效降低,载流子隧穿可能性减小,这能够有效降低器件暗计数,从而有利于提高器件探测灵敏度;此外,设计的SiC SACM APD倾斜台面仅刻蚀到雪崩倍增层上表面,这能够让器件填充因子提高至约60%,显著改善了深刻蚀导致的传统SACM结构有效光敏区域减小的问题。 展开更多
关键词 探测器 雪崩光电二极管 碳化硅 微弱紫外光探测器 暗计数 过偏压承受能力
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可见光盲SiC紫外雪崩光电二极管 被引量:2
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作者 杨成东 苏琳琳 +1 位作者 夏开鹏 马文烨 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第24期15-19,共5页
SiC雪崩光电二极管(APD)是用于探测微弱紫外光的优选器件。通过研究器件在高压下的光响应行为,发现随着偏压的增加,器件响应峰值和截止波长始终稳定在280 nm和380 nm处,表明SiC APD在雪崩击穿状态下仍具有可见光盲特性。这说明SiC APD... SiC雪崩光电二极管(APD)是用于探测微弱紫外光的优选器件。通过研究器件在高压下的光响应行为,发现随着偏压的增加,器件响应峰值和截止波长始终稳定在280 nm和380 nm处,表明SiC APD在雪崩击穿状态下仍具有可见光盲特性。这说明SiC APD在进行微弱紫外光探测时,凭借材料本身性质便可屏蔽可见及红外光的影响,有利于降低器件复杂度和成本。另外,为了增大器件的感光面积,将SiC APD直径增大到500μm,器件在95%击穿电压下,暗电流仅为2×10^(-10)A,当暗计数为1 Hz/μm^(2)时,器件单光子探测效率为0.7%,实现了SiC APD尺寸上的突破。 展开更多
关键词 激光器 sic 雪崩光电二极管 可见光盲 大面积
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空穴主导雪崩倍增的短波长SiC紫外单光子探测器
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作者 苏琳琳 杨成东 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第18期227-231,共5页
制备并分析了SiC nip雪崩光电二极管(APDs)雪崩倍增的物理机制。与280 nm紫外光相比,在240 nm紫外光入射时,SiC nip APD表现出更高的增益和更大的单光子探测效率。在240 nm紫外光入射时,SiC nip APD表现为空穴主导碰撞离化过程,随着入... 制备并分析了SiC nip雪崩光电二极管(APDs)雪崩倍增的物理机制。与280 nm紫外光相比,在240 nm紫外光入射时,SiC nip APD表现出更高的增益和更大的单光子探测效率。在240 nm紫外光入射时,SiC nip APD表现为空穴主导碰撞离化过程,随着入射光波长增加到280 nm,电子和空穴共同主导碰撞离化过程。由于SiC中空穴的碰撞离化系数大于电子,空穴主导的碰撞离化过程将具有更大的光子雪崩概率和更高的增益。因此,得益于空穴主导雪崩倍增过程,SiC nip APD更适用于短波长紫外光探测。 展开更多
关键词 激光器 sic 雪崩光电二极管 深紫外光探测 光子雪崩概率
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