探測器暗電流綜述報告

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1、專業(yè)技術(shù)資料整理分享暗電流形成及其穩(wěn)定性分析綜述報告目錄光電探測器基本原理21.1PIN光探測器的工作原理21.2雪崩光電二極管工作原理3暗電流的形成及其影響因素42.1暗電流摻雜濃度的影響42.1.2復(fù)合電流特性52.1.3表面復(fù)合電流特性52.1.4歐姆電流特性52.1.5隧道電流特性62.2結(jié)面積和壓焊區(qū)尺寸對探測器暗電流的影響82.3腐蝕速率和表面鈍化工藝對探測器暗電流的影響102.4溫度特性對暗電流影響11暗電流穩(wěn)定性分析小結(jié)12參考文獻13WORD格式可編輯專業(yè)技術(shù)資料整理分享光探測器

2、芯片處于反向偏置時，在沒有光照的條件下也會有微弱的光電流，被稱為暗電流，產(chǎn)生暗電流的機制有很多，主要包括表面漏電流、反向擴散電流、產(chǎn)生復(fù)合電流、隧穿電流和歐姆電流。。本文就將介紹光電探測器暗電流形成及其穩(wěn)定性分析，并介紹了一些提高穩(wěn)定性的方案，討論它們的優(yōu)勢與存在的問題。光電探測器基本原理光電檢測是將檢測的物理信息用光輻射信號承載,檢測光信號的變化,通過信號處理變換,得到檢測信息。光學(xué)檢測主要應(yīng)用在高分辨率測量、非破壞性分析、高速檢測、精密分析等領(lǐng)域,在非接觸式、非破壞、高速、精密檢測方面具有其他

3、方法無比擬的。因此,光電檢測技術(shù)是現(xiàn)代檢測技術(shù)最重要的手段和方法之一,是計量檢測技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。1.1PIN光探測器的工作原理在PD的PN結(jié)間加入一層本征（或輕摻雜）半導(dǎo)體材料（I區(qū)），就可增大耗盡區(qū)的寬度，減小擴散作用的影響，提高響應(yīng)速度。由于I區(qū)的材料近似為本征半導(dǎo)體，因此這種結(jié)構(gòu)稱為PIN光探測器。圖（a）給出了PIN光探測器的結(jié)構(gòu)和反向偏壓時的場分布圖。I區(qū)的材料具有高阻抗特性，使電壓基本落在該區(qū)，從而在PIN光探測器內(nèi)部存在一個高電場區(qū)，即將耗盡層擴展到了整個I區(qū)控制I區(qū)的寬度可

4、以控制耗盡層的寬度。PIN光探測器通過加入中間層，減小了擴散分量對其響應(yīng)速度的影響，但過大的耗盡區(qū)寬度將使載流子通過耗盡區(qū)的漂移時間過長，導(dǎo)致響應(yīng)速度變慢，因此要根據(jù)實際情況折中選取I層的材料厚度。WORD格式可編輯專業(yè)技術(shù)資料整理分享1.2雪崩光電二極管工作原理雪崩光電二極管,具有增益高固有增益可達,靈敏度高、響應(yīng)速度快的特點,因而可用于檢測高速調(diào)制的脈沖位置調(diào)制光信號。雪崩光電二極管是利用雪崩倍增效應(yīng)而具有內(nèi)增益的光電二極管,它的工作過程是在光電二極管的一結(jié)上加一相當高的反向偏壓,使結(jié)區(qū)產(chǎn)生一

5、個很強的電場,當光激發(fā)的載流子或熱激發(fā)的栽流子進入結(jié)區(qū)后,在強電場的加速下獲得很大的能量,與晶格原子碰撞而使晶格原子發(fā)生電離,產(chǎn)生新的電子一空穴對,新產(chǎn)生的電子一空穴對在向電極運動過程中又獲得足夠能量,再次與晶格原子碰撞,這時又產(chǎn)生新的電子一空穴對,這一過程不斷重復(fù),使一結(jié)內(nèi)電流急劇倍增,這種現(xiàn)象稱為雪崩倍增。雪崩光電二極管就是利用這種效應(yīng)而具有光電流的放大作用。為保證載流子在整個光敏區(qū)的均勻倍增,必須采用摻雜濃度均勻并且缺陷少的襯底材料,同時在結(jié)構(gòu)上采用“保護環(huán)”,其作用是增加高阻區(qū)寬度,減小表

6、面漏電流避免邊緣過早擊穿,所以有保護環(huán)的APD，有時也稱為保護環(huán)雪崩光電二極管。雪崩光電二極管結(jié)構(gòu)示意圖幾種雪崩光電二極管的結(jié)構(gòu),圖中（a）是P型N+結(jié)構(gòu),它是以型硅材料做基片,擴散五價元素磷而形成重摻雜十型層,并在與十區(qū)間通過擴散形成輕摻雜高阻型硅,作為保護環(huán),,使一結(jié)區(qū)變寬,呈現(xiàn)高阻。圖(b)是p-i-n結(jié)構(gòu),為高阻型硅,作為保護環(huán),同樣用來防止表面漏電和邊緣過早擊穿。圖表示一種新的達通型雪崩光電二極管記作結(jié)構(gòu),二為高阻型硅,本圖的右邊畫出了不同區(qū)域內(nèi)的電場分市情況,其結(jié)構(gòu)的特點是把耗盡層分高

7、電場倍增區(qū)和低電場漂移區(qū)。圖(c)中,區(qū)為高電場雪崩倍增區(qū),而幣義為低電場漂移區(qū)。器件在工作時,反向偏置電壓使耗盡層從`一結(jié)一直擴散到二一邊界。當光照射時,漂移區(qū)產(chǎn)生的光生載流子電子在電場中漂移到高電場區(qū),發(fā)生雪崩倍增,從而得到較高的內(nèi)部增益,耗盡區(qū)很寬,能吸收大多數(shù)的光子,所以量子效率也高,另外,達通型雪崩光電二極管還具有更高的響應(yīng)速度和更低的噪聲。WORD格式可編輯專業(yè)技術(shù)資料整理分享暗電流的形成及其影響因素探測器暗電流由五部分部分構(gòu)成:擴散電流、產(chǎn)生復(fù)合電流、歐姆電流、表面復(fù)合電流和隧道電流

8、。載流子濃度對器件的暗電流影響：在反向偏置低壓時探測器的暗電流主要由產(chǎn)生復(fù)合電流構(gòu)成,偏壓再增大時,帶與帶間隧道電流對暗電流的貢獻起主要作用,且光吸收層的載流子濃度對器件的暗電流有很大的影響。結(jié)面積和壓焊區(qū)尺寸對探測器暗電流影響：電極壓焊區(qū)的大小及位置相關(guān)的表面漏電對探測器暗電流的影響不大,結(jié)區(qū)暗電流仍為器件暗電流的主要分量。腐蝕速率和鈍化技術(shù)對暗電流影響：腐蝕臺面時腐蝕速率稍大,側(cè)向鉆蝕較明顯,這會影響鈍化層的淀積,使部分有源區(qū)側(cè)壁沒有覆蓋到鈍化層,而磁控濺射制作電極時,金屬與這