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Title: Abordagem experimental para projetos de fotossensores PIN CMOS SOI na faixa de UV
Authors: Silva Júnior, J. B.
Advisor: Giacomini, R.
Issue Date: 2015
Abstract: 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..
This work is a study on the behavior of photodiodes PIN CMOS SOI subjected to temperature variations and substrate bias to some intrinsic lengths in UV detection. Some important features such as responsivity, quantum efficiency, photocurrent, dark current and relationship signal noise are affected, which should be evaluated in photodetectors project. Through the experimental measurements and simulations it was noted that the dark current (IDARK) has dependence on the intrinsic length, with different behaviors, depending on the operating mode. Another parameter analyzed was the back gate bias (VBG), which modifies the availability of carriers of the intrinsic region, resulting in the change of accumulation modes, depletion and inversion. In accumulation mode, obtained by the substrate bias, the current decreases with increasing Li due to the presence of lateral depletion region. In inverse mode, this current increases with Li, since there is a reversal in the intrinsic region, making the doping profile behaves as P+N-N+, resulting in a high generation rate along Li. In inverse mode, due to photogeneration current increases with temperature due to the increased absorption coefficient (am) at high temperatures. In the accumulating photogenerated the current decreases with increasing temperature, since the diffusion length (Ldif) reduces with increasing carrier concentration, and no degradation of mobility and lifetime. In Photodetection applications in the ultraviolet band at high temperatures, it was found that the total maximum quantum efficiency reached was QETOTAL=56,2% for Li=1µm in reverse order, due to the increase of the absorption coefficient is more pronounced at high temperatures. In the regime of accumulation was found QETOTAL=21,7% for Li=10µm and below compared to the inversion mode, due to reduced diffusion length. To room temperature QETOTAL=33% for Li=5µm independent of the operation mode (accumulation/inversion). The signal to noise ratio (SNR) is highly influenced by temperature, with higher SNR values for small intrinsic lengths (Li=1µm) operating between 300K and 400K, due to the low recombination of free carriers. If the application requires robustness to temperature variations, it is recommended that the intrinsic length are large (Li=100µm) because the sensitivity is lower, resulting in less pronounced degradation compared to small photodiodes lengths..
Keywords: Semicondutores
Engenharia de baixa temperatura
Fotocorrente
Fotodiodo
Publisher: Centro Universitário da FEI, São Bernardo do Campo
URI: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/477
Appears in Collections:Teses e Dissertações

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