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《浙江大学》 2014年
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硅基锗金属—半导体—金属光电探测器的性能优化与设计研究

洪霞  
【摘要】:锗,因具有较高载流子迁移率、窄带隙、与硅的CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS)工艺兼容等优势,在硅基光源、硅基光电探测器等方面有重要的应用。而随着信息化程度的不断提高,单片高密度光电集成是今后硅光子学的一个重要发展方向。硅基锗金属-半导体-金属(metal-semicondctor-metal, MSM)光电探测器,其结构简单易于制作、单位面积电容较低、响应波长可覆盖光通信波段(1.3-1.55μm),可以作为光互连系统的高速光电响应器件。 本文主要侧重硅基锗MSM光电探测器的优化性能设计,从理论与实验角度探讨了抑制暗电流及进一步提高器件高速响应的方法。 从MSM光电探测器暗电流的产生机理着手,本文提出利用非对称叉指电极与非对称面电极结构降低暗电流。利用ATLAS软件进行了器件结构的仿真工作,并进行硅基锗MSM光电探测器的实验制备及性能测试工作。实验中对不同结构的MSM光电探测器进行了电流与响应度的测试工作,分析了器件结构对暗电流的影响。通过合理的非对称结构设计,可使得器件的暗电流降至μA量级,暗电流密度可达4.47A/cm2,1550nm的光电响应度达0.40A/W。 为解决器件3dB带宽与响应度之间的制约关系,本文利用表面等离子体共振增强效应进一步提高硅基锗MSM探测器的光电性能。采用时域有限差分(finite difference time domain, FDTD)的方法,对器件的结构进行了仿真设计。对表面等离子体共振增强MSM光电探测器性能的机理进行了详细的分析,并详细分析了光栅周期等结构参数对共振增强的影响,最终得到1550nm归一化的光谱吸收53.77%、吸收增强因子7.22倍的器件结构。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TN36

【参考文献】
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【共引文献】
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