隨著碳化硅等第三代半導(dǎo)體材料的制備和研究工作取得巨大的進展，對基于碳化硅材料的紫外探測器件的研究得到了業(yè)界更多的關(guān)注。紫外探測器可以探測10nm-400nm波長范圍的紫外光，“日盲”紫外探測器主要是用于探測中紫外內(nèi)波長240nm-280nm的范圍。

因為大氣層中暖層對200nm以下的深紫外線存在強烈的吸收，對流層和平流層之間的臭氧層會吸收200-300nm的紫外線，波長在240-280nm的太陽光被完全吸收無法到達地面，這個被完全吸收的紫外窗口被稱為“日盲”區(qū)，如果在這個“日盲”紫外窗口出現(xiàn)紫外光，就可以在沒有太陽紫外輻射背景的情況下被有效探測。

同時，這種紫外探測器件對可見光和紅外光光譜區(qū)域也沒有響應(yīng)，這也就有效避免了其他光源干擾。除了“日盲”特性之外，相比較于光電倍增管和采用硅材料制備的增強型紫外探測器，SiC材料以其獨特的電學(xué)特性、光學(xué)特性，制備的紫外探測器還具有小巧輕便、構(gòu)造簡單、成本低，在諸多軍事和民用領(lǐng)域有著極高的應(yīng)用潛力。本文將基于碳化硅的PIN紫外光電探測器的仿真進行介紹。

碳化硅PIN光電探測器基本結(jié)構(gòu)

首先根據(jù)圖1典型PIN光電探測器的結(jié)構(gòu)圖構(gòu)建圖二的摻雜分布圖。為了使得光學(xué)仿真更加真實，圖中構(gòu)建了反射率百分百的鋁電極（玫紅色線），以及作為鈍化層的二氧化硅，并在器件表面覆蓋上空氣。

圖1

圖2

碳化硅之所以可以作為紫外探測器的重要原因在于其吸收系數(shù)在紫外波段較大，光學(xué)仿真前為了得到更加準(zhǔn)確的結(jié)果我們查閱文獻對其紫外波段的吸收系數(shù)進行校正，得到圖3碳化硅的光吸收系數(shù)。

圖3

光學(xué)仿真

根據(jù)圖3的吸收系數(shù)，我們構(gòu)建如圖4的光學(xué)仿真工程結(jié)構(gòu)，可以得到圖5的光學(xué)仿真結(jié)果。圖4中的wave為光波長，設(shè)置仿真范圍從0.2um-0.4um（200nm-400nm），步長設(shè)置為0.02um（20nm）。圖5中展示的是300nm波長光在碳化硅中的光子吸收密度分布，在圖中也可以觀察到因為電極產(chǎn)生衍射后光子吸收密度分布的變化。

圖4

圖5

仿真結(jié)果

經(jīng)過電學(xué)仿真后（電極條件設(shè)置為0V偏壓），可以得到如下圖6-圖8空穴電流密度，電場以及電勢分布圖。最后根據(jù)各波長下的光電流結(jié)果可以計算得到圖9的光譜響應(yīng)曲線和QE曲線。

圖6

圖7

圖8

圖9

本文器件結(jié)構(gòu)參考廈門大學(xué)侯巖松碩士畢業(yè)論文