第五章 总结与展望
随着新兴应用领域对数据通信的巨大需求，现阶段以微电子器件构成的通讯系统面临着较高的性能挑战。早期的全硅光电器件已难以满足新兴应用领域的需求，基于硅基光子学的SOI衬底上硅基锗红外光电探测器具有与硅基CMOS工艺兼容和红外吸收等优点，成为了获得较大线性区增益及低暗电流的关键。在现有的研究中，纵向PIN光电探测器仍存在暗电流较大，且由于光吸收区面积较大，带宽受到RC时间常数限制难以大幅提升的问题。本文则基于硅基锗横向PIN结构，通过施加不同反向工作偏压，达到获得高探测性能红外光电探测器的目的。
本文以硅基锗横向PIN红外光电探测器为基础，通过CUMEC标准工艺线流片，重点研究了该器件的光学及电学特性，实现具有高响应度及高量子效率的红外光电探测器，在此研究基础上，提出一种基于栅压调控的新型光电探测器工作模式。本文的主要研究内容可以总结为以下几个方面：
1、沟道宽度及Ge外延区位置对器件性能的影响。通过对比四种沟道宽度及三种Ge外延区位置的器件性能参数，可以得出，当器件的沟道宽度减小时，耗尽区完全耗尽后发生电子碰撞电离所需的偏置电压减小，器件的雪崩电压随之降低，但此时，器件在小偏压（−1 V）时的暗电流上升一个量级。对沟道宽度为2 μm的器件，Vb = 37.7 V，1 V反向偏置电压下，器件的暗电流为3.0×10−10 A，1550 nm及1310 nm下的响应度分别为0.08 A/W和0.13 A/W，对沟道宽度为0.5 μm的器件，Vb = 14.1 V，1 V反向偏置电压下，器件的暗电流为3.4×10−9 A，1550 nm及1310 nm下的响应度分别为0.45 A/W和2.19 A/W。当Ge外延区位置变化时，靠近P区电极的结构响应度较小。这是由于Ge外延区中的部分光生载流子会被电极直接收集复合，不再进入沟道中形成光电流，此时器件的响应度也最小。在1 V的反向偏置电压下，沟道区靠近P区电极、位于沟道中间、靠近N区电极的器件在1550 nm及1310 nm下的响应度分别是0.002 A/W、0.08 A/W、0.93 A/W和0.04 A/W、0.13 A/W、2.72 A/W。当器件进入线性增益区时，后两者的响应度相当，但Ge外延区位于中间时有更小的暗电流。考虑到器件工作的稳定性（主要是电压增大时，器件的热累积会增多），在获得满足需求的响应度条件下，选择沟道宽度为2 μm，Ge外延区位于沟道中间的器件结构作为下一步的研究基础。
参考文献（略）
