高靈敏度共振隧穿二極管探測(cè)器的研究.pdf

1、近紅外探測(cè)器已得到長(zhǎng)足發(fā)展，卻依然存在著諸多不足，這大大制約了光電探測(cè)的應(yīng)用。作為納電子器件的代表，共振隧穿二極管探測(cè)器工作電壓小，響應(yīng)頻率快，已被證明是良好的高靈敏度近紅外探測(cè)器，具有重要的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。能與InP襯底完美晶格匹配的InGaAs覆蓋了近紅外光譜中最主要的波段，是公認(rèn)的近紅外探測(cè)器的理想材料體系之一。本論文系統(tǒng)研究了基于InP襯底、以InGaAs為吸收層的共振隧穿二極管探測(cè)器的分子束外延生長(zhǎng)和工藝制備。主要研究?jī)?nèi)容

2、和結(jié)果如下:
　　1.研究了InP襯底上分子束外延生長(zhǎng)In0.53Ga0.47As、AlAs等外延材料的條件與方法，確定了InP襯底上外延生長(zhǎng)In0.53Ga0.47As、AlAs等外延材料的流程及參數(shù)，制備了與InP襯底晶格匹配的InGaAs外延材料，生長(zhǎng)的InGaAs外延材料In組分為0.529，RMS粗糙度為0.17 nm。
　　2.通過(guò)有限元仿真模擬方法研究了共振隧穿二極管探測(cè)器的電學(xué)性能（暗電流水平）。研究了探測(cè)器

3、雙勢(shì)壘結(jié)構(gòu)摻雜類型和摻雜濃度對(duì)器件本征電流抑制的影響。模擬發(fā)現(xiàn)，對(duì)探測(cè)器雙勢(shì)壘結(jié)構(gòu)進(jìn)行p型摻雜，當(dāng)摻雜濃度為2×1018 mol/cm3時(shí)，探測(cè)器的隧穿峰值電流比非摻雜的雙勢(shì)壘結(jié)構(gòu)的探測(cè)器的隧穿峰值電流小將近3個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　3.設(shè)計(jì)了單臺(tái)面結(jié)構(gòu)探測(cè)器的工藝流程，制備了單臺(tái)面結(jié)構(gòu)單元探測(cè)器和單臺(tái)面結(jié)構(gòu)象限探測(cè)器。提出了雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)的探測(cè)器結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了工藝流程，通過(guò)多步光學(xué)光刻和電感耦合等離子體刻蝕技術(shù)實(shí)現(xiàn)了微柱結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了雙臺(tái)面結(jié)

4、構(gòu)探測(cè)器制備。
　　4.提出了通過(guò)對(duì)雙勢(shì)壘結(jié)構(gòu)進(jìn)行p型摻雜來(lái)抑制探測(cè)器本征電流密度的方法，設(shè)計(jì)了雙勢(shì)壘結(jié)構(gòu)p型摻雜單臺(tái)面結(jié)構(gòu)探測(cè)器的外延結(jié)構(gòu)，制備了雙勢(shì)壘結(jié)構(gòu)p型摻雜的單臺(tái)面結(jié)構(gòu)探測(cè)器。在300 K溫度下、0.8V時(shí)探測(cè)器暗電流密度為0.15 A/cm2，這比雙勢(shì)壘結(jié)構(gòu)非摻雜的單臺(tái)面結(jié)構(gòu)探測(cè)器的暗電流密度小4個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　5.對(duì)雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)探測(cè)器進(jìn)行電學(xué)和光學(xué)測(cè)試。在77 K溫度下，雙臺(tái)面結(jié)構(gòu)探測(cè)器在1.25 V時(shí)的暗電流密