面阵式激光雷达探测芯片的设计与制作
激光雷达因具有很多独特的优点:具有极高的角分辨力、距离分辨力合速度分辨力,而在商业和军事上有着广泛的应用前景,而传统的二维成像激光雷达得到目标的强度像不能准确识别不同距离的目标,而距离信息有助于将目标识别出来,因此三维(3D)像成像激光雷达对提高目标识别力是非常有效的.激光雷达探测芯片是激光雷达的重要组成部分.金属-半导体-金属(MSM)光电二极管在光电子集成(OEIC:OptoelectronicIntegrated Circuits)中具有很广泛的前景.这一结构的器件有两个重要特性:一、制作工艺简单;二、属于平面结构,便于大规模集成制作雷达探测阵列.同时,它还具有响应速度快的特点,可以适应于雷达的高速成像.该文先从MSM-PD光电二极管的光电特性入手,以热电子发射理论为依据,探讨了该器件的结构特点,基本的光学和电学性质.基于理论推导,我们又结合中科院西安光学精密机械研究所的现有实验条件,探索了以下几个发面的工作:1.以MSM光探测器热电子发射模型为基础,从理论上解释GaAs MSM光探测器的基本工作模式;2.根据现有实验条件,进行版图的设计;3.利用实验室自制的LP-MOCVD(Low Pressure-Metal OrganicChemical Vapor Deposition)设备,生长高质量的砷化镓(GaAs)外延层;4.利用西安光机所现有条件,使用多次光刻、电极剥离、金属蒸发、反应离子刻蚀和切片封装等工艺制作雷达探测芯片;5.测试了器件的暗电流、Ⅰ-Ⅴ特性、频率特性等参数,并对光生电流的倍增现象进行了解释;通过以上工作,我们成功制作了象元数目为32*32的激光雷达探测芯片.器件在2V偏压时,响应度达到6A/W以上,暗电流小于18nA,对应的光电流密度为59.1uA/cm~2.器件瞬态响应的峰,上升沿为212ps,半峰宽372ps,对应频率响应达到1.65GHz.
- 作者：
- 尹飞
- 学位授予单位：
- 中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所)
- 专业名称：
- 物理电子学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2009年
- 导师姓名：
- 汪韬
- 中图分类号：
- TN958.98
- 关键词：
- MSM光探测器；GaAs；激光雷达；LP-MOCVD；光刻工艺
- MSM-Photodetector；GaAs；Laser radar；LP-MOCVD；photoetching technique