基于碳化硅的PIN紫外光电探测器仿真介绍

随着碳化硅等第三代半导体材料的制备和研究工作取得巨大的进展，对基于碳化硅材料的紫外探测器件的研究得到了业界更多的关注。紫外探测器可以探测10nm-400nm波长范围的紫外光，“日盲”紫外探测器主要是用于探测中紫外内波长240nm-280nm的范围。

因为大气层中暖层对200nm以下的深紫外线存在强烈的吸收，对流层和平流层之间的臭氧层会吸收200-300nm的紫外线，波长在240-280nm的太阳光被完全吸收无法到达地面，这个被完全吸收的紫外窗口被称为“日盲”区，如果在这个“日盲”紫外窗口出现紫外光，就可以在没有太阳紫外辐射背景的情况下被有效探测。

同时，这种紫外探测器件对可见光和红外光光谱区域也没有响应，这也就有效避免了其他光源干扰。除了“日盲”特性之外，相比较于光电倍增管和采用硅材料制备的增强型紫外探测器，SiC材料以其独特的电学特性、光学特性，制备的紫外探测器还具有小巧轻便、构造简单、成本低，在诸多军事和民用领域有着极高的应用潜力。本文将基于碳化硅的PIN紫外光电探测器的仿真进行介绍。

碳化硅PIN光电探测器基本结构

首先根据图1典型PIN光电探测器的结构图构建图二的掺杂分布图。为了使得光学仿真更加真实，图中构建了反射率百分百的铝电极（玫红色线），以及作为钝化层的二氧化硅，并在器件表面覆盖上空气。

图1

图2

碳化硅之所以可以作为紫外探测器的重要原因在于其吸收系数在紫外波段较大，光学仿真前为了得到更加准确的结果我们查阅文献对其紫外波段的吸收系数进行校正，得到图3碳化硅的光吸收系数。

图3

光学仿真

根据图3的吸收系数，我们构建如图4的光学仿真工程结构，可以得到图5的光学仿真结果。图4中的wave为光波长，设置仿真范围从0.2um-0.4um（200nm-400nm），步长设置为0.02um（20nm）。图5中展示的是300nm波长光在碳化硅中的光子吸收密度分布，在图中也可以观察到因为电极产生衍射后光子吸收密度分布的变化。

图4

图5

仿真结果

经过电学仿真后（电极条件设置为0V偏压），可以得到如下图6-图8空穴电流密度，电场以及电势分布图。最后根据各波长下的光电流结果可以计算得到图9的光谱响应曲线和QE曲线。

图6

图7

图8

图9

本文器件结构参考厦门大学侯岩松硕士毕业论文