Si基GePIN光電探測(cè)器的設(shè)計(jì)與制備.pdf

1、Si基Ge材料因其優(yōu)異的光電性能，被廣泛應(yīng)用于Si基光電集成和微電子等領(lǐng)域。Si基Ge長(zhǎng)波長(zhǎng)光電探測(cè)器成為Si基光電集成領(lǐng)域重要的研究課題之一。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，少子擴(kuò)散對(duì)探測(cè)器高頻特性有著不可忽視的影響，而由于金屬/n-Ge接觸存在強(qiáng)烈的費(fèi)米釘扎效應(yīng)，在高頻器件中引入大的勢(shì)壘高度和接觸電阻，也會(huì)嚴(yán)重制約Ge探測(cè)器性能的提高。因此，改進(jìn)探測(cè)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、提高金屬與半導(dǎo)體接觸的比接觸電阻率從而減小探測(cè)器的串聯(lián)電阻對(duì)提高Ge器件的性能具有重要的

2、意義。
　　本文基于連續(xù)性方程對(duì)探測(cè)器的3-dB帶寬進(jìn)行了理論計(jì)算和討論，研究了Si基光電探測(cè)器的關(guān)鍵制備工藝，在此基礎(chǔ)上分別在Si和SOI襯底上制備了Ge光電探測(cè)器。主要工作內(nèi)容如下:
　　1、基于連續(xù)性方程從理論上對(duì)Ge PIN結(jié)構(gòu)的探測(cè)器的帶寬進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，分析優(yōu)化了PIN結(jié)構(gòu)各層厚度的選擇對(duì)探測(cè)器帶寬的影響，提出摻雜Ge層的厚度是影響探測(cè)器3-dB帶寬的關(guān)鍵因素之一。在此基礎(chǔ)上結(jié)合目前的工藝條件，設(shè)計(jì)了探測(cè)器結(jié)構(gòu)

3、。
　　2、基于圓形傳輸線(xiàn)模型，分別研究了金屬與p型、n型半導(dǎo)體接觸的性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Al/p-Ge比接觸電阻率為1.84×10-6Ω·cm2，NiGe/n+Ge接觸的比接觸電阻率達(dá)到了1.43×10-5Ω·cm2，合金化處理后的Al/n+Si接觸電阻率能達(dá)到5.21×10-5Ω·cm2，達(dá)到了制作高頻探測(cè)器的要求。
　　3、利用超高真空化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)在Si和SOI襯底上外延了Ge探測(cè)器材料，分別制備了Ge PIN光電探測(cè)

4、器，對(duì)其進(jìn)行了測(cè)試和分析。在-1V電壓下，Si基Ge探測(cè)器的暗電流低至10-7A量級(jí)且易飽和，而SOI基Ge探測(cè)器的暗電流數(shù)值相比較前者大了約1個(gè)數(shù)量級(jí)，其原因可能是在SOI上外延Ge材料質(zhì)量有所下降;在1550nm波長(zhǎng)的光照下，兩種探測(cè)器的響應(yīng)度相當(dāng)，都能達(dá)到約0.1A/W;臺(tái)面直徑為24μm的Si PIN和SOI PIN探測(cè)器3-dB帶寬分別達(dá)到4 GHz和7.5 GHz。少子擴(kuò)散的影響，摻雜控制以及外延材料晶體質(zhì)量是制約器件性能的