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专利号: 201710058637X
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于深N阱结构的单光子雪崩二极管,其特征在于,包括:p衬底层(9)、边n阱层(8)、深n阱层(6)、p+层(5)、中心n阱层(4)、p阱层(3)、p+阳极层(1)及n+阴极层(2),所述p衬底层(9)在最外层,在p衬底层(9)上的中间位置处设置有深n阱层(6),在所述深n阱层(6)正上方上设置有中心n阱层(4),深n阱层(6)的周围设置有边n阱层(8),在中心n阱层(4)和边n阱层(8)之间有由轻掺杂磷离子扩散而成的n阱间隙层(7),在中心n阱层(4)的上方为p+层(5)及p+阳极层(1)及n+阴极层(2),在p+层(5)两侧轻掺杂形成保护环p阱层(3),其中p+层(5)和中心n阱层(4)形成雪崩倍增区,所述中心n阱层(4)和深n阱层(6)是光吸收主要区域,深n阱层(6)和p衬底层(9)使p+层(5)独立偏置于衬底,p+层(5)和中心n阱层(4)边缘用p阱层(3)与n阱间隙层(7)用作保护环,用于抑制边缘的提前击穿;

所述n阱间隙层(7)的宽度范围为调节n阱保护环宽度,分别设置为0.3μm、0.5μm、0.7μm、1.0μm、1.5μm,当扩散n阱保护环宽度gap为0.3或0.5μm时,电压在9V附近时,当扩散n阱保护环宽度gap为0.7μm时,电压在10V附近发生边缘击穿;当扩散n阱保护环宽度gap为1.0或

1.5μm时,电流曲线在12.5V,在电压为14V附近时,结中心位置发生雪崩击穿,采用gap为1.0μm;

所述光吸收主要区域接收的入射光波长定为680nm,n阱深度设为1.4μm,

深n阱厚度设为0.6μm,过偏压最大为2V;

当单光子雪崩二极管直径为10um时,采用的过偏压为1V,此时探测效率最高。

2.根据权利要求1所述的基于深N阱结构的单光子雪崩二极管,其特征在于,所述光子探测效率的公式,如下

可见探测效率实际上是量子效率与雪崩击穿概率的乘积,α表示量子效率PDE表示探测效率,VBR表示击穿电压,V表示器件偏置电压。

3.一种基于深N阱结构的单光子雪崩二极管的制作方法,其特征在于,包括以下工艺:

一:硅材料中均匀掺杂硼离子,形成p衬底;

二:在p衬底器件中间位置由带有高能量的离子注入工艺完成深n阱层;三:在深n阱之上的由扩散工艺实现中心n阱层的生成,深n阱层(6)的周围扩散工艺生成边n阱层;由轻掺杂磷离子扩散而形成n阱间隙层(7),形成虚拟保护环;

四:最上层的p+层(5)、p+阳极(1)和n+阴极(2)由不同能量的离子注入形成;最后在p+两侧轻掺杂形成p阱保护环,p阱保护环和n阱间隙层(7)紧邻设置,虚拟保护环和p阱保护环共同形成保护环,其中p+层和中心n阱层结形成雪崩倍增区,为器件的核心区域;n阱(4)和深n阱层(6)是光吸收主要区域,p+/n阱结边缘用p阱(3)与扩散n阱用作保护环,完全抑制边缘的提前击穿。