硅基鍺金屬—半導(dǎo)體—金屬光電探測(cè)器的性能優(yōu)化與設(shè)計(jì)研究.pdf

1、鍺，因具有較高載流子遷移率、窄帶隙、與硅的CMOS(complementarymetal-oxide-semiconductor, CMOS)工藝兼容等優(yōu)勢(shì)，在硅基光源、硅基光電探測(cè)器等方面有重要的應(yīng)用。而隨著信息化程度的不斷提高，單片高密度光電集成是今后硅光子學(xué)的一個(gè)重要發(fā)展方向。硅基鍺金屬-半導(dǎo)體-金屬(metal-semicondctor-metal，MSM)光電探測(cè)器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于制作、單位面積電容較低、響應(yīng)波長(zhǎng)可覆蓋光通信波

2、段(1.3-1.55μm)，可以作為光互連系統(tǒng)的高速光電響應(yīng)器件。
　　本文主要側(cè)重硅基鍺MSM光電探測(cè)器的優(yōu)化性能設(shè)計(jì)，從理論與實(shí)驗(yàn)角度探討了抑制暗電流及進(jìn)一步提高器件高速響應(yīng)的方法。
　　從MSM光電探測(cè)器暗電流的產(chǎn)生機(jī)理著手，本文提出利用非對(duì)稱叉指電極與非對(duì)稱面電極結(jié)構(gòu)降低暗電流。利用ATLAS軟件進(jìn)行了器件結(jié)構(gòu)的仿真工作，并進(jìn)行硅基鍺MSM光電探測(cè)器的實(shí)驗(yàn)制備及性能測(cè)試工作。實(shí)驗(yàn)中對(duì)不同結(jié)構(gòu)的MSM光電探測(cè)器進(jìn)行了電

3、流與響應(yīng)度的測(cè)試工作，分析了器件結(jié)構(gòu)對(duì)暗電流的影響。通過(guò)合理的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可使得器件的暗電流降至μA量級(jí)，暗電流密度可達(dá)4.47A/cm2，1550nm的光電響應(yīng)度達(dá)0.40A/W。
　　為解決器件3dB帶寬與響應(yīng)度之間的制約關(guān)系，本文利用表面等離子體共振增強(qiáng)效應(yīng)進(jìn)一步提高硅基鍺MSM探測(cè)器的光電性能。采用時(shí)域有限差分(finitedifference time domain，F(xiàn)DTD)的方法，對(duì)器件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)。對(duì)表