ZnO基MSM肖特基型紫外探測器的仿真.pdf

1、ZnO基金屬-半導(dǎo)體-金屬（MSM）肖特基型紫外探測器具有暗電流低、響應(yīng)速度快、易于集成等優(yōu)點，在導(dǎo)彈追蹤、紫外通信、火災(zāi)的探測與報警等軍民兩用方面具有廣闊的應(yīng)用前景，成為ZnO紫外探測器（UVPD）研究的熱門課題之一。MSM結(jié)構(gòu)因其叉指電極對入射光的遮光效應(yīng)，對器件的光電性能產(chǎn)生了一定的負面影響。合理地選擇器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用不對稱及新型電極結(jié)構(gòu)能有效地提高探測器的光電性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于熱電子發(fā)射理論，建立了

2、ZnOMSM肖特基型紫外探測器的物理模型。對金屬叉電極寬度度和間距分別為13μm和8μm的器件進行了仿真驗證。結(jié)果表明：該結(jié)構(gòu)的探測器在1V偏壓吋，暗電流值為8.59×10-10A；光電流至少比暗電流大三個數(shù)量級；光譜響應(yīng)峰值為0.066A/W，對應(yīng)截止波長為370nm，波長在370nm～600nm響應(yīng)度急劇下降。且研究了外延層厚度、載流子濃度及電極尺寸等結(jié)構(gòu)參數(shù)對探測器1-V特性的影響。仿真結(jié)果表明：其I-V特性受器件結(jié)構(gòu)參數(shù)影響較大

3、，外延層厚度0.5μm，載流子濃度1×1015cm-3，電極寬度1.5μm，電極間距2.5μm的探測器在10V偏壓下具有較大的量子效率47.4％，較高的響應(yīng)度0.141A/W，較高的光暗電流比61174。⑵通過對10V偏壓下探測器歸一化光暗電流比（NPDR）的研究，得出不對稱結(jié)構(gòu)Ag/ZnO/PdMSM-PD具有最高的NPDR，比對稱結(jié)構(gòu)Ag/ZnO/Ag的值大約高一個數(shù)量級；同樣的方法得出不對稱接觸而積電極對ZnO基MSM-PD暗電流

4、特性也有抑制作用。在10V的偏壓下，對于總的電極接觸長度和電極間距相同的探測器，隨著不對稱接觸面積（也是不對稱接觸長度）之比增加到1：7時，暗電流下降大約2倍。由于電極間距保持不變，所以光電流特性沒受有到影響。且隨著電極不對稱程度的加劇，光暗電流比（PDR）相應(yīng)的提高。⑶建立了三角形電極MSM-PD的仿真模型，并對其I-V特性進行了仿真研究。結(jié)果表明：與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)MSM-PD相比，三角形電極MSM-PD光電流增加了58.3％，而暗電流沒有

5、明顯增大。研究了三角形電極底角、電極間距和電極寬度對探測器I-V特性的影響，發(fā)現(xiàn)這些參數(shù)對光入射效果起著重要的作用。為了實現(xiàn)最佳光電探測性能，對三角形電極結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果表明：15V偏壓和370nm光照下，電極底角為60°，電極寬度和電極間距分別為2μm和2.5μm的探測器達到最優(yōu)，擁有較大的光暗電流比，較高的量子效率和響應(yīng)度，其數(shù)值分別為53500、79.3%、0.238A/W。同樣，建立了半圓形電極MSM-PD的仿真模型，研