硅基叉指状紫外光电探测器的建模与设计

摘要

目前，市场上的紫外探测系统普遍存在灵敏度低、集成度低、体积庞大、功耗高等缺点，光电探测系统电路由感光器件、放大电路、读出电路等共同实现，需要至少三块芯片组合才能完成整个功能，从而造成整个光电探测系统的庞大和复杂，功耗也很大。因此，单芯片集成SOC（System on chip，片上系统），即单块芯片将探测器件和信号处理电路以及读出电路集成，成为市场的需求所在。目前国内还没有 CMOS工艺下单芯片集成的紫外探测器系统，而研究出高性能的硅基紫外探测器成为单芯片集成最基本也是最重要的一步。
　　本文设计的硅基叉指状紫外光电探测器是一种高性能紫外光电探测器，同时又是采用标准硅工艺制造，能够单芯片集成紫外探测系统。在解决传统紫外探测器灵敏度低、集成度低、体积庞大、功耗高等缺点的同时，能与后续的信号读出与处理电路实现单芯片集成。首先，根据典型紫外光电二极管结构入手，通过理论知识的学习，了解原理和结构的特征，使用 TCAD器件仿真对其光学特性和电学特性进行深入研究。
　　其次，通过仿真优化了原来的器件结构，提出了基于硅基研究高响应灵敏度的紫外探测器新结构和新器件，并对其结构进行了TCAD仿真。通过仿真表明：改进后的叉指状紫外探测器有更好的紫外选择性，更低的暗电流和击穿电压。从而实现了本文设计出高性能的紫外探测器的目标。
　　最后，通过仿真确定了最终的流片结构，基于0.18μm CMOS工艺平台对本文设计的叉指状紫外探测器进行了版图绘制和流片，并对最终的芯片进行了测试。本文对器件进行了详细测试，并进行了对比分析。

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第一章 引言

1. 1 论文课题背景与选题依据

1. 2 紫外探测技术的研究背景及问题

1. 3 紫外光电探测器的国内外研究进展

1. 4 研究器件实现的方法和手段

1. 5 论文主要研究内容与章节安排

1. 6 论文的创新点

第二章 紫外光电探测器的基本理论知识

2. 1 半导体光电探测器基础

2. 2 紫外光电二极管的理论基础

2. 3 紫外光电二极管的性能指标

2. 4 本章小结

第三章 叉指状紫外光电探测器的研究与设计

3. 1 叉指状紫外探测器结构

3. 2 叉指状紫外探测器的原理

3. 3 本章小结

第四章 叉指状紫外光电探测器的数值仿真与器件仿真

4. 1 叉指状紫外光电探测器的数值仿真

4. 2 叉指状紫外光电探测器的器件仿真

4. 3 本章小结

第五章 叉指状紫外光电探测器的流片及测试分析

5. 1 叉指状紫外探测器件的流片

5. 2 叉指状紫外探测器件的测试

5. 3 本章小结

第六章 总结与展望

6. 1 工作总结

6. 2 不足与展望

参考文献

致谢

附录A 个人简历

附录B 硕士期间学术成果列表