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光点位置检测探测器(PSD)是一种基于半导体横向光电效应的光电子传感器,它能够连续检测光点位置。PSD在光学位置和角度的测量与控制、远程光学控制系统、位移和振动监测、激光光束校准、自动范围探测系统以及人体运动及分析系统等领域有广泛的应用。本文提出的这种可测试二维光点位置传感器的薄膜结构,主要围绕在不改变现有商用PSD各种良好性能的基础上,就如何提高线性度、灵敏度和减少成本价格开展研究。 本文阐述光点位置敏感探测器的固体器件分类后,引出光点位置检测传感器PSD相关理论问题,总结了两种常用结构,即PIN型和雪崩击穿型。以一维PSD为模型,综合器件工作情况,利用Lucorusky方程,求解出光点位置与输出电流大小关系式。综述了PSD的应用领域及研究发展状况,阐述了本文选题依据以及主要工作。 深入开展了薄膜PSD的设计与仿真,首先理论分析和计算不同电极结构的二维PSD的场势分布,得出了不同电极结构的光点位置与输出电流的关系式。并进一步用分析软件模拟仿真光点分布的非线性情况,揭示了引起薄膜PSD非线性的真实原因。采用类似的方法得到枕形结构改进型薄膜PSD的电流-位置关系,分析这种结构PSD的非线性分布情况。此外还对传感器最佳尺寸和光点大小的影响进行了仿真,发现随着光敏面面积的增大,边缘的均方根误差和非线性误差也越大,其仿真光点的位置严重偏离理论位置。相同尺寸的传感器,改变光点的大小,最大均方根误差和最大非线性误差随光点的增大而变大。 在版图设计和工艺制备中,重点开展了CdS薄膜的制备、CdS薄膜的光电特性分析、工艺制备方法、腐蚀特性、退火处理以及退火对成膜性能的影响等。通过SEM分析薄膜表面形貌,研究发现不同退火温度的晶粒形貌基本相似,薄膜表面晶粒分布均匀、致密,退火之后的晶粒普遍长大。通过探针仪及半导体特性分析仪对CdS薄膜进行I-V曲线测试来研究退火对CdS薄膜光电导特性的影响,实验得到400℃退火处理下,CdS薄膜的光电导特性最为优异,光照下电压和无光时的电压之比达到825.5,激光光照与自然光电压之比也是最大的。 为了得到全面的测试结果,本文设计了不同大小不同形状的光敏面,分别从不同电极、不同尺寸线性度对比测试,验证仿真实验与实物实验有着较好的吻合度和重复性。在薄膜PSD器件设计、工艺、测试方法等方面进行了误差分析,并提出了其改进方案,主要包括改进光源、消除背景光、工艺改进以及测试方法改进等。