高性能紫外探測器新結(jié)構(gòu)及其CMOS讀出電路研究.pdf

1、紫外探測器是能夠選擇性吸收紫外波段光譜的探測器件，并將光信號轉(zhuǎn)化為電信號。目前紫外探測系統(tǒng)有靈敏度低、集成度低、體積龐大、功耗高等缺點，本文從解決目前紫外探測器存在的缺點和半導(dǎo)體器件物理出發(fā)，基于CMOS工藝特點和已有的硅基探測器研究基礎(chǔ)，研究提高光量子效率、降低噪聲、提高弱光響應(yīng)靈敏度的器件新結(jié)構(gòu)。采用物理建模、器件仿真、流片驗證的研究方法建立和驗證紫外光電探測器各種光學(xué)、電學(xué)等特性的解析和等效電路模型。針對提出的新器件結(jié)構(gòu)研究讀出電

2、路技術(shù)，提出一種具有對探測器暗電流和噪聲有效抑制的低功耗讀出電路結(jié)構(gòu)。
　　本文是基于湖南省教育廳重點項目“高性能紫外探測器新結(jié)構(gòu)及其CMOS讀出電路研究”開展的。具體研究工作如下：
　　設(shè)計新型的紫外探測器結(jié)構(gòu)，包括對探測器外形的改進(jìn)以及優(yōu)化層次之間的搭配，達(dá)到光的選擇性吸收和提高pn結(jié)的面積的效果，基于標(biāo)準(zhǔn)0.5μm CMOS工藝對新型紫外探測器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三次流片，流片的探測器結(jié)構(gòu)包括正八邊型、叉指型、利用邊緣擊穿的正八

3、邊形結(jié)構(gòu)型、未加保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)型等，并對芯片進(jìn)行了光譜響應(yīng)、雪崩特性、響應(yīng)速度、響應(yīng)時間的測試。
　　對正八邊形紫外探測器結(jié)構(gòu)進(jìn)行部分簡化處理，如只考慮單個陽極或只考慮探測器對稱結(jié)構(gòu)的一半，用Silvaco TCAD工具建立探測器的器件結(jié)構(gòu)，分析器件的雪崩特性、光譜響應(yīng)特性、電場分布情況和電流密度分布情況，根據(jù)仿真所得到的的結(jié)果指導(dǎo)流片。
　　基于橫向和縱向載流子擴(kuò)散方程和現(xiàn)有的一維光譜響應(yīng)模型，建立了正八邊形紫外探測器結(jié)構(gòu)的二