ZnO 基 MSM 肖特基型紫外探测器的仿真ZnO 基金属-半导体-金属(MSM)肖特基型紫外探测器具有暗电流低、响应速度快、易于集成等优点,在导弹追踪、紫外通信、火灾的探测与报警等军民两用方面具有宽阔的应用前景,成为 ZnO 紫外探测器(UV PD)讨论的热门课题之一。MSM 结构因其叉指电极对入射光的遮光效应,对器件的光电性能产生了一定的负面影响。合理地选择器件的结构参数,采纳不对称及新型电极结构能有效地提高探测器的光电性能。鉴于国内外紫外探测器的讨论现状,本文从物理建模、仿真分析、结构优化等方面出发,通过仿真软件 Sivaco 中的 Atlas 对 ZnO MSM 紫外探测器的光电特性展开了系统的讨论,并取得了以下讨论成果:首先,基于热电子发射理论,建立了 ZnO MSM 肖特基型紫外探测器的物理模型。对金属叉电极宽度度和间距分别为 13μm 和 8μm 的器件进行了仿真验证。结果表明:该结构的探测器在 1V 偏压时,暗电流值为 8.59×10-10A;光电流至少比暗电流大三个数量级;光谱响应峰值为 0.066A/W,对应截止波长为 370nm,波长在 370nm~600nm 响应度急剧下降。且讨论了外延层厚度、载流子浓度及电极尺寸等结构参数对探测器 I-V 特性的影响。仿真结果表明:其 I-V 特性受器件结构参数影响较大,外延层厚度0.5μm,载流子浓度 1×1015cm-3,电极宽度 1.5μm,电极间距 2.5μm 的探测器在 10V 偏压下具有较大的量子效率 47.4%,较高的响应度 0.141A/W,较高的光暗电流比 61174。其次,仿真结果表明不对称功函数电极有助于降低 ZnO 基 MSM-PD 的暗电流。通过对 10V 偏压下探测器归一化光暗电流比(NPDR)的讨论,得出不对称结构 Ag/ZnO/Pd MSM-PD 具有最高的 NPDR,比对称结构 Ag/ZnO/Ag 的值大约高一个数量级;同样的方法得出不对称接触面积电极对 ZnO 基 MSM-PD 暗电流特性也有抑制作用。在 10V 的偏压下,对于总的电极接触长度和电极间距相同的探测器,随着不对称接触面积(也是不对称接触长度)之比增加到 1:7 时,暗电流下降大约 2 倍。由于电极间距保持不变,所以光电流特性没有受到影响。且随着电极不对称程度的加剧,光暗电流比(PDR)相应的提高。最后,建立了三角形电极 MSM-PD 的仿真模型,并对其 I-V 特性进行了仿真讨论。结果表明:与传统结构 MSM-PD 相比,三角形电极 MSM-PD 光电流增加了58.3%,而暗电流没有明显增大。讨论了三角形电极底角、电极间距和电极宽度对探测器 I-V 特性的影响,发现这些参数...
