InGaAs-MSM半导体红外探测器阵列研究

论文摘要

由于MSM器件本身的结构和工艺特点，使其天生具有一些优点，例如：低暗电流、低寄生电容、大带宽灵敏度、高速，以及与MOS场效应管工艺完全兼容的制造工艺。因此，MSM器件有利于制作光电集成（OEIC）器件和大规模红外焦平面（IR-FPA）器件。而InGaAs材料根据InAs和GaAs组分的不同，其有效工作波长范围可覆盖0.52.5m。与以往的HgCdTe材料相比，InGaAs材料探测器信噪比提高了310倍，R0A值要也高出12数量级，且具有高的量子效率和灵敏度。本文先从MSM光电二极管的基本结构入手，以热电子发射理论为基础，探讨了MSM结构器件的光学和电学性质以及基本特点。在理论推导的基础上，我们在本所的实验条件下，对InGaAs-MSM进行了以下几个方面的研究工作：1.以基本的MSM结构为基础，从理论上探讨了InGaAs-MSM探测器的基本工作原理；2.设计InGaAs-MSM半导体红外探测器外延层结构；3.设计单点和焦平面阵列电极图形；4.流片、封装面阵探测器；5.测试了器件的暗电流、I-V特性、频率特性、光谱响应等参数6.搭建实验平台，模拟光电雷达，获取目标距离信息，绘制三维图。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 研究意义
• 1.1.2 研究背景
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 焦平面器件和Ⅲ-Ⅴ族半导体红外探测器
• 1.3.1 几种典型的Ⅲ-Ⅴ族半导体红外探测器
• 1.3.2 多元探测器及红外焦平面器件
• 1.4 本文的主要任务
• 第二章 InGaAs-MSM 红外探测器结构设计
• 2.1 基本原理
• 2.1.1 InGaAs 材料特性
• 2.1.2 MSM 结构及工作原理
• 2.2 InGaAs-MSM 红外探测器结构
• 2.2.1 外延结构设计
• 2.2.2 器件图形设计
• 2.3 探测器的几个重要性能参数
• 2.3.1 响应度和量子效率
• 2.3.2 暗电流和探测率
• 2.3.3 频率响应
• 2.4 本章小结
• 第三章 面阵结构和读出电路介绍
• 3.1 InGaAs-MSM 面阵探测器设计
• 3.1.1 非制冷红外焦平面工作原理
• 3.1.2 InGaAs-MSM 红外焦平面图形设计
• 3.2 读出电路设计
• 3.2.1 读出电路设计相关参数
• 3.2.2 几种典型焦平面读出电路
• 3.3 本章小结
• 第四章 InGaAs-MSM 红外探测器工艺步骤
• 4.1 MOCVD 技术和 LP-MOCVD 设备
• 4.2 工艺流程
• 4.2.1 外延层的生长
• 4.2.2 电极的制作
• 4.3 封装
• 4.4 本章小结
• 第五章 器件测试和实验
• 5.1 器件性能测试
• 5.2 三维扫描实验
• 5.2.1 实验原理
• 5.2.2 实验结果
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 硕士期间参与发表的文章
• 致谢