探測(cè)器暗電流綜述報(bào)告

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1、暗電流形成及其穩(wěn)定性分析綜述報(bào)告目錄光電探測(cè)器基本原理21.1PIN光探測(cè)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(duì)探測(cè)器暗電流的影響82.3腐蝕速率和表面鈍化工藝對(duì)探測(cè)器暗電流的影響102.4溫度特性對(duì)暗電流影響11暗電流穩(wěn)定性分析小結(jié)12參考文獻(xiàn)13光探測(cè)器芯片處于反向偏置時(shí)，在沒(méi)有光照的條件下也會(huì)有微弱的光電流，被稱(chēng)為暗電流，產(chǎn)生

2、暗電流的機(jī)制有很多，主要包括表面漏電流、反向擴(kuò)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(cè)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(shì)與存在的問(wèn)題。光電探測(cè)器基本原理光電檢測(cè)是將檢測(cè)的物理信息用光輻射信號(hào)承載,檢測(cè)光信號(hào)的變化,通過(guò)信號(hào)處理變換,得到檢測(cè)信息。光學(xué)檢測(cè)主要應(yīng)用在高分辨率測(cè)量、非破壞性分析、高速檢測(cè)、精密分析等領(lǐng)域,在非接觸式、非破壞、高速、精密檢測(cè)方面具有其他方法無(wú)比擬的。因此,光電檢測(cè)技術(shù)是現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)最重要的手段和方法之一,是計(jì)量檢測(cè)技術(shù)的一個(gè)重要

3、發(fā)展方向。1.1PIN光探測(cè)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(kuò)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(chēng)為PIN光探測(cè)器。圖（a）給出了PIN光探測(cè)器的結(jié)構(gòu)和反向偏壓時(shí)的場(chǎng)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(cè)器內(nèi)部存在一個(gè)高電場(chǎng)區(qū)，即將耗盡層擴(kuò)展到了整個(gè)I區(qū)控制I區(qū)的寬度可以控制耗盡層的寬度。PIN光探測(cè)器通過(guò)加入中間層，減小了擴(kuò)散分量對(duì)其響應(yīng)速度的影響，但過(guò)大的耗盡區(qū)寬度將使載流子

4、通過(guò)耗盡區(qū)的漂移時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致響應(yīng)速度變慢，因此要根據(jù)實(shí)際情況折中選取I層的材料厚度。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(dá),靈敏度高、響應(yīng)速度快的特點(diǎn),因而可用于檢測(cè)高速調(diào)制的脈沖位置調(diào)制光信號(hào)。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(guò)程是在光電二極管的一結(jié)上加一相當(dāng)高的反向偏壓,使結(jié)區(qū)產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的電場(chǎng),當(dāng)光激發(fā)的載流子或熱激發(fā)的栽流子進(jìn)入結(jié)區(qū)后,在強(qiáng)電場(chǎng)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(duì),新產(chǎn)生的電子一空穴對(duì)

5、在向電極運(yùn)動(dòng)過(guò)程中又獲得足夠能量,再次與晶格原子碰撞,這時(shí)又產(chǎn)生新的電子一空穴對(duì),這一過(guò)程不斷重復(fù),使一結(jié)內(nèi)電流急劇倍增,這種現(xiàn)象稱(chēng)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(gè)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(shí)在結(jié)構(gòu)上采用“保護(hù)環(huán)”,其作用是增加高阻區(qū)寬度,減小表面漏電流避免邊緣過(guò)早擊穿,所以有保護(hù)環(huán)的APD，有時(shí)也稱(chēng)為保護(hù)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(kuò)散五價(jià)

6、元素磷而形成重?fù)诫s十型層,并在與十區(qū)間通過(guò)擴(kuò)散形成輕摻雜高阻型硅,作為保護(hù)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(hù)環(huán),同樣用來(lái)防止表面漏電和邊緣過(guò)早擊穿。圖表示一種新的達(dá)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(huà)出了不同區(qū)域內(nèi)的電場(chǎng)分市情況,其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是把耗盡層分高電場(chǎng)倍增區(qū)和低電場(chǎng)漂移區(qū)。圖(c)中,區(qū)為高電場(chǎng)雪崩倍增區(qū),而幣義為低電場(chǎng)漂移區(qū)。器件在工作時(shí),反向偏置電壓使耗盡層從`一結(jié)一直擴(kuò)散到二一邊界。當(dāng)光照射時(shí),漂移區(qū)產(chǎn)生的光生載流子電子在電場(chǎng)中漂移到高電場(chǎng)區(qū)

7、,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(dá)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。暗電流的形成及其影響因素探測(cè)器暗電流由五部分部分構(gòu)成:擴(kuò)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。載流子濃度對(duì)器件的暗電流影響：在反向偏置低壓時(shí)探測(cè)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(shí),帶與帶間隧道電流對(duì)暗電流的貢獻(xiàn)起主要作用,且光吸收層的載流子濃度對(duì)器件的暗電流有很大的影響。結(jié)面積和壓焊區(qū)尺寸對(duì)探測(cè)器暗電流影響：電極壓焊區(qū)的大小及位置相關(guān)的表

8、面漏電對(duì)探測(cè)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(duì)暗電流影響：腐蝕臺(tái)面時(shí)腐蝕速率稍大,側(cè)向鉆蝕較明顯,這會(huì)影響鈍化層的淀積,使部分有源區(qū)側(cè)壁沒(méi)有覆蓋到鈍化層,而磁控濺射制作電極時(shí),金屬與這些沒(méi)有受到鈍化保護(hù)的有源區(qū)形成肖特基勢(shì)壘。肖特基勢(shì)壘的電流輸運(yùn)機(jī)制很多,其中一種機(jī)制是吸收層中含有許多位錯(cuò)缺陷,這些位錯(cuò)缺陷會(huì)協(xié)助載流