空间遥感用短波红外InGaAs探测器暗电流及低频噪声研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 李淘 |
| 答辩日期 | 2010-05-24 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 龚海梅 ; 李雪 |
| 关键词 | 短波红外探测器 铟镓砷 暗电流 低频噪声 辐照 |
| 学位专业 | 微电子学与固体电子学 |
| 英文摘要 | 短波红外探测器在空间遥感领域有着重要的应用，铟镓砷（InGaAs）是制备该波段探测器的优良材料，InGaAs探测器具有可以室温工作、探测率高等优点，在国外已经成功用于空间遥感。我国对空间遥感用短波红外探测器的性能和可靠性的要求越来越高，而低频噪声和辐照效应是影响器件性能的重要因素，因此本论文围绕InGaAs短波红外探测器的器件物理进行了深入研究，通过搭建的测试系统对多种结构的InGaAs器件的暗电流与低频噪声性能、辐照效应进行了测试与分析，在国内首次对延伸波长InGaAs探测器的γ辐照效应进行了实验研究，为航天遥感应用提供了参考。本论文的主要结果如下：建立与完善了InGaAs器件低频噪声测试系统和实时辐照I-V特性测试系统，通过实验证明，搭建的测试系统可以准确测量InGaAs器件的低频噪声、实时辐照效应。使用上述测试系统，研究了材料参数、结构设计、器件工艺等对In0.53Ga0.47As台面器件暗电流与低频噪声的影响。结果表明，I区掺杂浓度较高的器件暗电流较低；器件暗电流中边缘产生复合电流和体内产生复合电流都占了较大部分，当器件的尺寸缩小时，边缘产生复合电流的影响会进一步加强，使得器件总噪声变大；欧姆接触的优劣对低频区噪声有十分明显的影响，接触差容易产生较大的低频噪声；湿法腐蚀工艺相比干法腐蚀能够有效降低暗电流和低频噪声。器件与电路互连后的测试结果与芯片测试结果基本一致。研究了结构设计与钝化工艺对In0.8Ga0.2As台面器件暗电流与低频噪声的影响。结果表明，器件的暗电流主要来源于体内，台面的形状与大小对暗电流密度的影响很小；器件的低频噪声与台面面积相关，整个台面的面积对噪声性能具有关键影响；钝化层对器件暗电流和噪声影响很大，钝化层被腐蚀的器件，其暗电流中产生复合电流成分很大，噪声数值随偏压的增大而迅速变大，呈现出明显的1/f噪声特性。研究了具有浅隔离槽和保护环的In0.53Ga0.47As平面器件暗电流与噪声性能。结果表明，平面器件的反偏暗电流较低；反偏下器件均表现出1/f噪声，但有隔离槽或保护环的器件噪声较普通器件小，且其噪声数值随偏压变化的幅度远小于一般结构的器件，说明隔离槽和保护环有效地限制了器件低频噪声的变化。上述研究结果为各类器件的性能优化提供了一些可能的改进途径。使用实时辐照I-V特性测试系统，对In0.8Ga0.2As台面器件的γ辐照效应进行了研究。结果表明，在常温、辐照剂量5.50×105 rad下，暗电流、零偏电阻均没有明显变化，响应信号稍有下降，噪声没有规律性的明显变化，说明延伸波长InGaAs器件没有表现出明显的损伤，辐照后测试其探测率仍在1×1010 cmHz1/2W-1以上。这些结果表明台面型In0.8Ga0.2As探测器具有较高的抗辐照性能，能够满足空间使用要求。对背照台面型延伸波长器件进行低温辐照测试，发现低温下受到辐照的器件阻值不断增大，器件的开启电压升高。辐照后在延伸波长器件上观察到了常温下退火现象，说明辐照引入的损伤有所恢复。对In0.53Ga0.47As平面器件的γ辐照效应进行了研究。结果表明，在常温下受到辐照剂量为5.46×105 rad的γ辐照后，平面器件暗电流明显变大，R0逐渐变小，器件低频区的噪声有所增大，但辐照后的器件仍然能保持较高探测率，超过1×1012 cmHz1/2W-1。说明平面InGaAs器件在γ辐照中受到了损伤，但仍保持较好的性能，能够满足空间使用要求。对器件进行的低温退火实验发现，退火可使部分辐照损伤得到修复，但还是有大部分损伤无法恢复，说明辐照对器件造成了一部分永久性损伤。 |
| 学科主题 | 红外探测材料与器件 |
| 公开日期 | 2012-09-11 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/5150]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李淘. 空间遥感用短波红外InGaAs探测器暗电流及低频噪声研究[D]. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：上海技术物理研究所
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