復(fù)合型紫外探測器的建模與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著民事和軍事工業(yè)的崛起，紫外探測技術(shù)的研究受到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的熱捧。然而，市場需求的擴(kuò)大化使得紫外探測器需要操作的環(huán)境也越來越復(fù)雜、苛刻。因此，波長選擇性高、光強(qiáng)探測范圍廣、溫度穩(wěn)定好、工藝簡單以及低成本成為了以市場為導(dǎo)向的紫外探測器的發(fā)展方向。而基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工藝的紫外探測系統(tǒng)能夠克服如今市面上存在的紫外探測器的諸多缺點(diǎn)。目前，單芯片集成的硅基紫外

2、探測系統(tǒng)主要的研究瓶頸在于滿足波長選擇性和微光探測要求的紫外探測器的設(shè)計(jì)。
　　本論文宗旨是提出復(fù)合型紫外器件設(shè)計(jì)方案，并從理論和試制兩方面驗(yàn)證它的可行性。主要從基本半導(dǎo)體感光物理原理出發(fā)，針對目前研究存在的缺陷，結(jié)合CMOS工藝特點(diǎn)和已有的研究基礎(chǔ)，提出復(fù)合型器件設(shè)計(jì)的研究思路。通過CMOS工藝下三種基本感光器件的原理分析研究，合理利用三者之間的優(yōu)勢和避免其劣勢，提出了結(jié)合三者特點(diǎn)的復(fù)合型器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。另外，通過建立基于電

3、荷控制的靜態(tài)模型、Pwell/Nwell二極管/PMOSFET模型以及P+-Nwell-Pwell壓控模型三種模型，從理論的角度分析器件的光閾值特性、I-V特性以及光譜特性，獲得結(jié)構(gòu)帶來的復(fù)合器件的性能信息。然后，按照CMOS工藝的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置仿真的參數(shù)，利用MATLAB求解特性方程-與數(shù)值模擬。根據(jù)仿真結(jié)果和流片工藝的設(shè)計(jì)規(guī)則，確定了最終流片的器件結(jié)構(gòu)。
　　本文基于GSMC0.18μm CMOS工藝，提出的復(fù)合型器件以30×30

4、陣列形式進(jìn)行了流片試制，面積共為378.5μm×378.5μm，其中感光面積的比例為79.3％，并完成了部分芯片測試工作。本文主要對器件的光譜響應(yīng)、轉(zhuǎn)移特性和輸出特性進(jìn)行了詳細(xì)的分析。復(fù)合型器件能夠通過調(diào)節(jié)陽極偏置電壓VRS來獲得較大的波長選擇性。固定陽極偏置電壓VRS在-0.5 V，器件的波長選擇性增加到103量級。器件最合適的工作電壓是在0V~-2V之間，在該電壓范圍內(nèi)，由光照產(chǎn)生的背柵效應(yīng)最顯著。與傳統(tǒng)的硅基紫外光電二極管的響應(yīng)度