AlGaN PIN紫外探测器的结构及性能分析

AlGaN基光电探测器在军事高科技和民品市场通讯和成像方面具有很高的价值。分析了AlGaNp-i-n光电探测器的结构对性能的影响,深入阐述了AlGaNp-i-n光电探测器制造与设计中所面临的深层次问题,并对其工艺和结构性能分析的基础上特别介绍了p-GaN-/iAlGaN/nGaN结构,并对其结构进行了改进,得到了改进的SLS/AlGaN/GaN结构。

高性能pin/HBT集成光接收机前端设计

分析了pin/HBTOEIC跨阻光接收机前端设计中影响带宽和灵敏度的因素,并根据小信号等效电路推导了器件3dB带宽与反馈电阻、灵敏度及噪声电流的关系式。分析表明,这种集成方式的光接收机前端具有高速、高灵敏度的特性,在高速光通信系统(大于等于10Gbit/s)和波分复用系统中有广阔的应用前景。

硅基PIN光电探测器结构参数对其性能的影响

对硅基PIN光电探测器器件模型进行了理论分析,讨论了硅基PIN光电探测器的I-V特性与器件的i层厚度和整体宽度的变化关系,并进行了仿真分析。实验结果表明,随着i层厚度从5μm增加到70μm,器件的正向电流逐步减小,且i层厚度与其正向电流成反比;随着器件宽度从50μm增加到90μm,器件的正向电流逐步增大,且器件宽度与其正向电流成正比;引入保护环结构可以明显降低器件的暗电流。对PIN器件的结构参数进行了优化设计,结果表明在所设置的器件工艺条件下,当器件的i层厚度为50μm、整体宽度为70μm时,器件的性能最佳。

两种InGaAs/InP PIN光探测器比较研究

异质结 PIN 光探测器可分为单异质结光探测器(SHPD)和双异质结光探测器(DHPD),二者在量子效率、频率响应和暗电流方面存在差异。当 SHPD 光敏面半径为 10μm 且 P 区厚度与电子扩散长度之比小于 0.2 时,其量子效率减小的幅度小于 0.32%,带宽增加约 0～4%;对于由体效应决定的暗电流,SHPD 略优。由此得到当光敏面积较小和 P 区厚度较薄时,SHPD 与 DHPD 性能相当的结论,为高性能宽带光纤网高速光探测器的设计提供了依据。

P^+PIN结构的650nm光电探测器的研究

研究了一种新型P+PIN结构的硅650nm光电探测器,采用N型硅衬底,经过氧化光刻后,先作一次很薄淡硼扩散,再进行浓硼扩散,这样形成高低发射结的方法,减薄死层厚度,减少光生载流子的复合,提高了光电转换效率,从而使光谱响应度从普通650nm光电探测器的0.30A/W提高到了0.380A/W,且具有约279MHz的较高响应速度.

界面极化效应对Al_xGa_(1-x)N/GaN异质结pin探测器光电响应的影响

设计了正面入射的探测波长范围限制在326～365nm的AlxGa1-xN/GaN异质结pin光电探测器.利用自洽求解薛定谔-泊松方程计算了AlxGa1-xN/GaN异质结在无极化、完全极化和部分极化的能带图,结合光电响应谱的模拟,分析了界面极化效应对AlxGa1-xN/GaN异质结pin紫外光电探测器响应特性的影响并提出了改善方法.

硅基锗PIN光电探测器的研究进展

随着硅基锗薄膜外延技术的突破,基于硅基锗材料的光电子器件快速发展,其中以硅基锗光电探测器最为突出。由于锗可以实现近红外通信波段的光吸收,而且完全兼容硅的CMOS工艺,硅基锗探测器几乎成为硅基光探测的唯一选择。文章主要介绍了面入射和波导耦合两类常见硅基锗光电探测器的研究进展,包括典型的器件结构,以及提升响应度和带宽等性能的主要途径。

PIN光电探测器的建模与仿真分析

为了优化PIN光电探测器响应特性,首先依据载流子速率方程,并考虑芯片寄生参量和封装寄生参量,建立光电探测器的等效电路模型。然后仿真分析了反偏电压、I区宽度、光敏面、芯片寄生电阻和电容、封装寄生电阻、电容和电感对光电探测器脉冲响应特性和频率响应特性的影响。结果表明:通过增大反偏电压,减小光敏面和寄生参量(芯片寄生电容和电阻,封装寄生电容和电阻),选取合适的I区宽度,利用引线电感的谐振效应现象,可以抑制脉冲响应波形畸变,提高频率响应带宽。

PIN光电探测器用反外延片工艺研究

创新性使用反外延法工艺,介绍了适用于制备近红外波段PIN光电探测器的硅外延材料的研制工艺,在区熔单晶抛光片上进行重掺导电层和支撑层的外延层制备。通过对硅源流量与掺杂剂浓度的精确控制,实现了快速外延生长和高浓度掺杂。通过精细的后期加工工艺,将高阻区熔层加工为厚度和表面质量均满足器件要求的有源层。结果显示,采用反外延法工艺得到的反外延材料片应用到PIN光电二极管中,不仅节省器件制备中的工艺程序,而且大大提高了器件耐压性。

长波长PIN/HBT集成光接收机前端噪声分析

文章研究磷化铟(InP)基异质结双极晶体管(HBT)和PIN光电二极管(PIN-PD)单片集成技术,利用器件的小信号等效电路详细计算了长波长PIN/HBT光电子集成电路(OEIC)光接收机前端等效输入噪声电流均方根(RMS)功率谱密度。分析表明:对于高速光电器件,当频率在100MHz～2GHz范围内时,基极电流引起的散粒噪声和基极电阻引起的热噪声起主要作用;频率大于5GHz时,集电极电流引起的散粒噪声和基极电阻引起的热噪声起主要作用。在上述结论的基础上,文章最后讨论了在集成前端设计的过程中减小噪声影响的基本方法。

1064nm连续激光辐照硅基PIN探测器输出电流恢复时间的实验研究

光电探测器是激光及其应用系统中非常重要的一部分,当硅基PIN光电探测器受到激光辐照时,光电探测器的光电性能下降,其造成的损伤效果可以采用光电探测器的电学性能表征。对此,开展1064 nm连续激光辐照硅基PIN探测器输出电流恢复时间的实验研究,搭建相应的实验系统,选择合适的激光参数辐照硅基PIN光电探测器,监测其输出电流恢复时间的变化规律,得出输出电流恢复时间的影响机理。结果表明:随着激光功率密度的增加,硅基PIN光电探测器输出电流的恢复时间也随之增加。外置偏压对输出电流的恢复时间没有影响。

高可靠性PIN光电探测器底座封装技术

针对PIN探测器易损坏、焊接等场合使用不便之缺点 ,提出一种新型高可靠性的探测器底座封装技术。实测特性表明 ,应用这种封装不仅没有降低PIN探测器性能 ,反而大大加强了探测器应用的牢固性。

基于黑硅微结构的全硅PIN光电探测器

本文报道了一种基于黑硅微结构的全硅PIN光电探测器。该器件结合了黑硅结构宽光谱高吸收的特性,以及PIN光电探测器高量子效率高响应速度的特点,通过在传统硅PIN光电探测器结构的基础上增加黑硅微结构层,在不影响响应速度的条件下,提高了探测器在近红外波段响应特性。并且针对纵向结构垂直入射PIN光电探测器时量子效率与响应速度相矛盾的问题,提出了解决方案。测试结果表明,该器件的量子效率可达80%,峰值波长为940 nm,光响应度达到0.55 A/W,暗电流降至700 pA,响应时间为200 ns。

AlInGaN/GaN PIN紫外光电探测器的研制

用AlInGaN四元合金代替AlGaN作为PIN探测器的有源层,研制出AlInGaNPIN紫外探测器。详细介绍了该器件的结构设计和制作工艺,并对器件进行了光电性能测试。测试结果表明,器件的正向开启电压约为1.5 V,反向击穿电压大于40 V;室温-5 V偏压下,暗电流为33 pA,350 nm处峰值响应度为0.163 A/W,量子效率为58%。

高性能波导集成型锗pin光电探测器的制备

采用CMOS兼容工艺,在绝缘体上硅（SOI）晶圆片上制备了高性能波导集成型锗pin光电探测器。该光电探测器锗区长度为15μm,宽度分别为1,2,3,4和5μm。光波导与探测器间的光耦合为倏逝波耦合。为了进一步提高探测器的性能,在结构设计上采用了聚焦耦合光栅及楔形耦合增强结构,在材料生长方面采用了选择性外延生长法,以提高锗的质量。通过暗电流、响应度、带宽及眼图测试对光电探测器性能进行了表征。测试结果表明在-2 V的反向偏压下,尺寸为15μm×4μm的光电探测器暗电流低至169 nA,其在波长1 530 nm处的最高响应度为0.43 A/W,3 dB带宽高达48 GHz并获得40 Gbit/s的清晰眼图。

基于OrCad软件的PIN光电探测器的Pspice建模仿真分析

利用OrCad软件的Model Editor模块建立了PIN光电探测器的Pspice仿真模型,对比分析了PIN光电探测器的实验数据与仿真数据,对PIN光电探测器仿真模型进行修正。最终建立了可用于电路仿真的PIN光电探测器的Pspice模型,该模型有助于设计人员在工程设计之初,利用仿真软件对光电接收电路进行仿真优化。

用改进的遗传算法提取PIN光探测器模型参数

光探测器是光电集成电路接收机的重要组成部分,成功提取光电探测器等效模型电路的参数将会对光电集成的研究起到重要作用。将改进的遗传算法用于PIN光探测器小信号等效电路模型参数的提取和优化中,实现PIN光探测器S21、S22参数的测量值与模拟值拟合。改进后的遗传算法自动优化了遗传、杂交和变异算子,节省了寻找最佳遗传、杂交和变异概率的时间,提高了参数提取的速度。

PIN-TIA光电探测器光电流检测电路的RLS去噪

在测量10 Gb/s PIN-TIA光电探测器Monitor引脚电流时,会受到外界环境噪声以及内部噪声的影响,使得测量值夹杂噪声,影响测量的准确性。为了减少10 Gb/s PIN-TIA光电探测器Monitor引脚电流的测量误差,结合"自适应滤波"与"去除尖峰脉冲的中位值"算法,优化了10 Gb/s PIN-TIA内部电路的主要噪声来源对输出电流信号的影响;设计50 Hz陷波器及高频滤波器减少了50 Hz工频信号的干扰以及对信号中混杂的高频信号也一并进行了滤除。使用Multisum,Matlab软件进行了仿真。结果证明经过以上方法对噪声进行处理后,能够有效地降低噪声对于10 Gb/s PIN-TIA光电探测器输出电流的测量误差,提高测量的精度和稳定性。

基于热效应的长脉冲激光对硅基PIN恢复时间影响的研究

研究了长脉冲激光对硅基PIN光电探测器输出信号的恢复时间影响机制,基于热效应,建立了长脉冲激光对硅基PIN光电探测器恢复时间的模型。实验测量了不同偏压、脉宽和能量密度下硅基PIN探测器的恢复时间,得到了恢复时间的变化规律。结果表明:偏置电压对恢复时间几乎没有影响,而脉宽和能量密度对其影响较大。这主要是因为脉宽和能量密度引起的温度变化比较显著,而温度影响非平衡载流子寿命,从而导致其恢复时间的变化。

一种光电探测器模块失效的故障分析

阐述PIN光电探测器模块在温度循环试验后响应度降低问题。通过建立故障树分析其失效的原因,发现由于耦合用光纤夹具出现倾斜,使得耦合过程中焊料分布不均匀,在温度循环试验热胀冷缩过程中,产生的不对称挤压应力使光纤金属化导管(光纤)发生位移和偏转,致使光斑的一部分偏移出光敏面区域,光能量不能完全被吸收转换,导致PIN模块响应度降低。