空间调制光电探测器

　　一种利用标准CMOS工艺实现的旨在消除缓慢载流子扩散对探测器频率响应产生影响的空间调制光电探测器（Spatially-Modulated-Light Detector）结构被提出[57]，如图1（a）所示。由N+扩散和N阱形成六个叉指探测区域，N+扩散是为了减小接触电阻，3.5 gm厚的轻掺杂N阱作为吸收层，轻掺杂是为了增大耗尽层宽度同时使寄生电容减小。六个叉指探测区域中的三个被金属层覆盖以阻挡入射光，这三个叉指用金属连在一起作为“慢”探测器（Deferred Detector），剩下的三个也用金属连在一起作为“快”探测器（Immediate Detector）。整个探测器面积为70 gm×70 gm，当入射光照射到探测器表面时，“慢”探测器的表面由于被金属层覆盖而使光不能透射，入射光只在“快”探测器区域被吸收产生光生载流子，即载流子的分布被“慢”探测器表面覆盖金属“调制”了，如图1（b）所示。设在宀勾时刻一束持续时间很短的脉冲光入射到探测器表面，这时“快”探测器区域产生了许多光生载流子，而“慢”探测器区域并无载流子分布。这些光生载流子可以分为两部分，一部分为在耗尽区内，另一部分在耗尽区外。耗尽区内产生的载流子耗尽区电场作用下快速漂移到“快”探测器电极，而耗尽区外产生的载流子一部分向“快”探测器区域扩散，另一部分则向“慢”探测器区域扩散。经过一小段时间后在t=t1时刻，“慢”探测器区域也会有扩散进来的载流子，同时“快”探测器区域的载流子由于扩散和漂移使载流子数目减少。随着扩散的继续，“快”探测器区域的载流子逐渐减少，“J漫”探测器区域载流子逐渐增加。在t=t3免时刻两个区域的载流子数目接近相同，由于快、慢两个区域的载流子分布相同故这时候载流子已经不再被调制了，定义Δt=t3-tO为载流子调制时间。此后两个区域的载流子或者由于复合而消失，或者由于扩散到耗尽区边界而在耗尽区电场作用下向外电极漂移，从而分别被两个探测器探测到。因此在t=t4时刻两个区域的载流子数目都较小，如图1（c）所示。

　　图1 SML光电探测器

　　通过以上对载流子分布的分析，我们可以发现“快”探测器收集到的载流子既含有漂移成分又含有扩散成分，“慢”探测器收集到的载流子只含有扩散成分。如果我们将“快”探测器产生的光电流减去“慢”探测器产生的光电流，那么就能消除扩散成分所带来的不利影响，消除因扩散成分产生的响应电流的“拖尾”现象，从而提高速度。这样相减的前提是由于探测器的pn区很厚（12 um），载流子的调制时间远远小于载流子从产生到消失的时间，也即只有入射光照射后很短一段时间内载流子分布才是被调制的。在载流子消失以前，这些载流子早己在两个快、慢区域浓度梯度分布均匀了。从兔时刻到载流子消失这段长时间里，两个区域的载流子运动过程是类似的，都需要通过漫长的扩散才能到达外电极产生光电流。由此两个探测器电流，相减得到的有效探测电流消除了在毛时刻以后漫长的载流子扩散时间，对探测器速度造成的影响。

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