[發明專利]優化阻擋雜質帶探測器阻擋層厚度的方法

有效

• 申請號: 201610125888.0
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105633215B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 王曉東;王兵兵;潘鳴;侯麗偉;謝巍;關冉;臧元章;汪瑞;周德亮
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及半導體光探測器技術，具體地，涉及一種優化阻擋雜質帶探測器阻擋層厚度的方法。

背景技術

空間諸多冷目標的發射譜均集中在太赫茲(THz)譜段，無法采用現有的天基紅外系統或地基雷達進行探測，而天基太赫茲探測系統可以彌補此不足，極大提高目標檢測的成功率。近年來，天基太赫茲探測技術迅速發展，應用領域涉及大氣監測和天文觀測，原因如下：

1)大氣中多數物質成分的轉動和振動光譜都位于THz譜段；

2)行星、宇宙塵埃和新生恒星的黑體輻射峰值均位于THz譜段；

3)由于宇宙加速膨脹帶來的多普勒效應，來自遙遠星系的輻射信號在THz譜段最強。

為了滿足天基應用的高分辨、大視場和高幀率等極端要求，太赫茲探測器必須具備高靈敏、大面陣和高響應速度等嚴格條件。阻擋雜質帶探測器在0.9～20THz頻率范圍內具有極高的響應速度(ps量級)和靈敏度(噪聲等效功率約10^-17～10^-19W·Hz^-1/2)，陣列規?？蛇_2048×2048，位居所有太赫茲探測器之首，且無需工作在極低溫度下(約12K)，是國際上公認的適合天基太赫茲應用的首選探測器。

阻擋雜質帶(Blocked Impurity Band,BIB)探測器可分為硅基、鍺基和砷化鎵基三類，它們已成功搭載在斯皮策空間望遠鏡(Spitzer Space Telescope,SST)、詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope,JWST)等衛星上面，為天基太赫茲應用起到了關鍵作用。BIB探測器的結構特征是一本征的阻擋層和一重摻雜的吸收層夾于正負電極之間，正入射的太赫茲輻射可以直接透過阻擋層被吸收層吸收，在雜質帶與導帶之間形成電子躍遷，躍遷之后的電子可以通過彎曲的導帶被正電極收集，從而完成光信號到電信號的轉化。BIB探測器的性能追求高的響應率及低的噪聲，阻擋層作為其結構的功能層，具有抑制噪聲的作用，但阻擋層的存在也會降低探測器的響應率，而且響應率和噪聲對阻擋層厚度的變化均比較敏感。

因此，通過優化阻擋層的厚度來提高BIB探測器的性能顯得尤為重要。本發明從BIB探測器的性能著手研究，考察阻擋層厚度對響應率及噪聲的影響，所得結果將會對該探測器的優化設計具有一定的指導意義。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種優化阻擋雜質帶探測器阻擋層厚度的方法。

根據本發明提供的優化阻擋雜質帶探測器阻擋層厚度的方法，包括如下步驟：

步驟1：構建阻擋雜質帶(BIB)探測器的結構模型；

步驟2：根據BIB探測器的結構模型構建相應的物理模型；

步驟3：制備實驗測量樣品，提取BIB探測器的物理模型的關鍵材料參數；

步驟4：將太赫茲輻射從正面垂直照射到器件上，并根據步驟3中提取到的物理模型的關鍵材料參數選取一個固定偏壓U_F，由數值模擬得到當正電極偏壓U＝U_F時器件的歸一化響應譜，并提取峰值波長λ_P；

步驟5：改變阻擋層厚度，由數值模擬得到當正電極偏壓U＝U_F時，λ_P對應的峰值響應率R_P隨阻擋層厚度h_B變化的曲線，得到擬合該曲線的函數式R_P(h_B)；

步驟6：由數值模擬分別得到不同阻擋層厚度下亮電流I_L隨正電極偏壓U變化的一系列曲線，其中，所述亮電流I_L即為器件受到太赫茲輻照時通過的電流；

步驟7：獲取當正電極偏壓U＝U_F時，亮電流I_L隨阻擋層厚度h_B變化的曲線，得到擬合該曲線的函數式I_L(h_B)；

步驟8：根據亮電流I_L與噪聲電流譜密度n_i的對應關系以及步驟7所得的函數式I_L(h_B)，得到噪聲電流譜密度n_i隨阻擋層厚度h_B變化的函數式n_i(h_B)；

步驟9：定義探測器優值因子，并獲取探測器優值因子隨阻擋層厚度變化的曲線；