Abordagem experimental para projetos de fotossensores PIN CMOS SOI na faixa de UV

• Autor(a) principal: Silva Júnior, J. B.
• Data de Publicação: 2015
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da FEI
• Texto Completo: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/477
• topic: Semicondutores; Engenharia de baixa temperatura; Fotocorrente; Fotodiodo

Este trabalho consiste em um estudo do comportamento dos fotodiodos PIN CMOS SOI submetidos a variações de temperatura e polarização de substrato, para os comprimentos intrínsecos Li=1µm, 2µm, 5µm, 10µm e 100µm, aplicados à detecção de radiação UV. Algumas características importantes tais como responsividade, eficiência quântica, fotocorrente, corrente de escuro e relação sinal ruído são afetadas e devem ser avaliadas no projeto de fotodetectores. Através das medidas experimentais e simulações foi constado que a corrente de escuro (IDARK) possui dependência com o comprimento intrínseco, apresentando comportamentos distintos, dependendo do modo de operação. Outro parâmetro analisado foi a polarização de porta traseira (VBG), que modifica a disponibilidade de portadores da região intrínseca, resultando na alteração dos modos de acumulação, depleção e inversão. Em acumulação, obtida pela polarização de substrato, a corrente diminui com o aumento de Li, devido à presença da região de depleção lateral. Em inversão, esta corrente aumenta com Li, pois existe uma inversão na região intrínseca, fazendo com que o perfil de dopantes se comporte como P+N-N+, resultando numa alta taxa de geração ao longo de Li. Em inversão, a corrente devida à fotogeração aumenta com a temperatura, devido ao aumento do coeficiente de absorção (am) em altas temperaturas. Já na acumulação, a corrente fotogerada diminui com o aumento da temperatura, pois o comprimento de difusão (Ldif.) se reduz com o aumento da concentração de portadores e há degradação da mobilidade e do tempo de vida. Para aplicações de fotodetecção na faixa do ultravioleta em altas temperaturas, foi constatado que a máxima eficiência quântica total alcançada foi de QETOTAL=56,2% para Li=1µm em modo inversão, em virtude do aumento do coeficiente de absorção ser mais pronunciado em altas temperaturas. No regime de acumulação foi encontrado QETOTAL=21,7% para Li=10µm, bem abaixo quando comparado ao modo inversão, devido à redução do comprimento de difusão. Para a temperatura ambiente QETOTAL=33% para Li=5µm independente do modo de operação (acumulação/inversão). A relação sinal-ruído (SNR) é altamente influenciada pela temperatura, apresentando maiores valores de SNR para comprimentos intrínsecos pequenos (Li=1µm) operando entre 300K e 400K, devido à baixa recombinação de portadores livres. Se a aplicação requer robustez às variações de temperatura, é recomendado que os comprimentos intrínsecos sejam grandes (Li=100µm), pois a sensibilidade é menor, resultando numa degradação menos pronunciada quando comparado com fotodiodos de comprimentos pequenos..