新型光探测器等效电路模型研究

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近年来，宽禁带半导体材料由于具有电子速度高、抗辐射性能强以及导热性能好等特点，在高速的光电技术发展中得到了越来越多的关注。MgZnO基金属-半导体-金属（Metal-Semiconductor-Metal,MSM）紫外光（Ultraviolet,UV）探测器在导弹预警和污染分析等方面都获得了大力的发展。与传统的光电倍增器(PMTs)以及硅基紫外探测器相比，MgZnO基MSM紫外光探测器具有天然的波段选择功能，不需要额外同昂贵的滤波器一起工作。
　　虽然目前MgZnO基MSM紫外光探测器已经取得了很大的发展和进步，但是在理论模型方面仍存在较多的问题亟待解决。这种器件作为接收和识别紫外光的重要器件之一，被广泛地应用于光通信领域之中。但是由于材料制备不够理想等问题，使得探测器都具有下降时间很长的缺陷。如果探测器具有很长的下降时间即很长的拖尾，将会降低探测器的带宽进而无法满足现在高速的光通信应用。另外，探测器的输出噪声会影响器件性能，且噪声是无法在本质上彻底被消除的。作为紫外光探测系统的核心器件之一，建立一个新型的、准确的噪声等效电路模型对于研究、精确预测甚至是降低紫外光探测器的噪声都是具有至关重要的作用。
　　具体工作如下：
　　1）将峰值增益技术与MgZnO基MSM结构进行结合，建立了探测器的扩频等效电路，包括串联型和加强型峰值增益等效电路。在研究和计算探测器总带宽时，同时考虑了探测器带宽的渡越时间限制和RC时间限制。由于器件的饱和速度对于探测器的带宽具有较为重大的影响，在第一性原理的基础上，利用Monte Carlo算法仿真了不同Mg含量与MgZnO材料的饱和速度的关系曲线。在此基础上，研究了探测器尺寸对于带宽的影响。结果表明，采用峰值增益技术对探测器进行频带扩展，尤其是加强型峰值增益技术可以大幅度地提高设备的总带宽。
　　2）为了能够准确地预测探测器的噪声特性，提出了MgZnO基MSM紫外光探测器的噪声等效电路。其中，器件的主要噪声源是由本征量和寄生量所引入的。更进一步地，还研究了串联型峰值增益技术以及加强型峰值增益技术对探测器噪声特性的影响。最后，研究的结果表明当器件工作在高频区时，热噪声对探测器影响是占据着主导作用的。同样地，与原始电路得到的结论相同，串联型峰值增益噪声等效电路以及加强型峰值增益噪声等效电路中占主导作用的噪声也是热噪声。此外，研究结果表明，串联型峰值增益技术以及加强峰值增益技术还会对紫外光探测器的噪声特性带来影响：峰值增益技术在对MgZnO基MSM紫外光探测器进行频带扩展的同时，在降低噪声方面还发挥着显著的作用。
　　论文中所做的分析和研究对于更进一步设计具有良好品质的MgZnO基MSM紫外光探测器带来了一定的积极作用。

著录项

作者
郭馨璐;
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作者单位

西安电子科技大学;

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授予单位西安电子科技大学;
学科电子与通信工程
授予学位硕士
导师姓名王平,崔占东;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类半导体集成电路（固体电路）;
关键词
宽禁带半导体; 紫外光探测器; 等效电路模型; 峰值增益; 噪声特性;

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