基于N型硅肖特基结自供电窄带光电探测器的研究

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作为光电系统的重要组成部分,光电探测器将辐射能转换成电信号。采用对信号波长具有峰值响应的窄带光电探测器可以有效提高红外系统的抗干扰性。由于1064 nm激光器在高能量激光器中的主导地位以及在1060 nm波段人眼中水的吸收作用和散射作用可以达到平衡,对于1060 nm左右波长光的探测在如光通讯、医学成像及激光测距等方面具有重要的应用价值。本文提出了一种与微电子工艺高度兼容的Si肖特基结无机窄带光电探测器,器件结构简单,性能稳定,可以实现在1060 nm附近自供电的窄带光电探测。该探测器以Si衬底作为感光层,迎光面为欧姆接触(留透光孔),在其背光面制备肖特基结。实验结果显示当硅片的厚度从80μm增加到500μm,探测器的峰值波长从1025 nm移到105 nm,而其半峰全宽由175 nm缩减至107 nm。器件的峰值响应度随肖特基电极材料的功函数值有序增加。其中金电极的器件表现出最强的光响应,具有陡峭的上升和下降沿,这表明耗尽区中的电场可以快速有效地分离电子空穴对。理论模拟也证实了通过增加肖特基接触材料的功函数可以有效增强耗尽区电场强度。在零偏压下,尽管Si在1064 nm处的吸收系数很低,但器件仍获得了约1×1011Jones的比检测率(与商用Pb S红外探测器性能相当)和约101d B的线性动态范围。在-1 V的低偏置下,其外部量子效率可以提高到135%,这表明该窄带Si光电探测器中存在增益机制。在探测1064 nm波长信号时,本文的Si光电二极管显示出了很强的抗噪能力。这些结果说明这种探测器非常有希望在未来的红外光电探测系统中具有重要的应用。
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