一种新型的4H-SiC雪崩光电二极管的光电特性模拟

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紫外波段的光电探测器广泛应用于火箭发射、导弹跟踪、火焰探测、紫外通信以及紫外辐射测量等领域,具有很高的应用价值。采用4H-SiC半导体材料制备的紫外光电探测器具有低漏电流、高的量子效率、紫外可见抑制比高、抗辐射和耐高温等优点,是目前最具应用前景的紫外光电探测器。国内外多个课题组都对4H-SiC基紫外光电探测器进行了研究,成功制备出了多种结构的性能优越的4H-SiC紫外光电探测器,并在继续探索新结构的性能更优越的光电探测器。  本文基于传统的PIN结构和吸收-倍增-分离(SAM)结构的4H-SiC紫外光电二极管,设计了一种倍增区域较小而吸收区域较大的4H-SiC紫外雪崩光电二极管,可以有效的实现倍增层和吸收层分离的目的,本文称之为APIN。应用SilvacoATLAS半导体器件模拟软件模拟出了其光电特性,并对模拟结果进行了分析。  模拟结果表明APIN光电二极管的暗电流和击穿电压与倍增层宽度D有密切的关系,器件的暗电流随D的增大而增大,而击穿电压则随D的增大而减小,D大于6μm时击穿电压不再减小。通过分析器件内部的电场分布,发现引起击穿电压随D的增大而减小的原因是P+N-结的电场对倍增层底部的电场有着不同程度的影响,在倍增层底部形成不同高度的空穴势阱,从而造成的器件的击穿电压不同。分析发现倍增层宽度D为4μm的APIN光电二极管有较好的性能,并对其光电特性作了详细的分析,发现有以下特点:1、相比于相同外延层结构和掺杂浓度的块状SAM APD,具有更低的暗电流,反向偏压100V时为7.1×10-13A/μm,比块状SAM APD小一个数量级;2、具有较低雪崩击穿电压(125V),接近于SAM APD的击穿电压(116V);3、在124.95V时其雪崩倍增因子达到1.3×104;4、具有较高的量子效率,在单位倍增状态下,270nm处的峰值外量子效率约为63%,并且有较高的光谱响应(峰值响应度约为0.14A/W)与紫外可见抑制比(>1000)。
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