Estudo do comportamento de diodos pin implementados em tecnologia SOIde camada ultrafina (UTBB) operando como fotodetectores
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Tipo de produção
Tese
Data
2024
Autores
Silva, Fernando Oliveira da
Orientador
Doria, R. T.
Periódico
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Citação
SILVA, Fernando Oliveira da. Estudo do comportamento de diodos pin implementados em tecnologia SOIde camada ultrafina (UTBB) operando como fotodetectores. 2024. 124 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo, 2024. Disponível em: Texto na íntegra.
Texto completo (DOI)
Palavras-chave
Fotodetectores,Substrato,Diodo de junção PN,Característica elétricas
Resumo
A redação desta pesquisa científica visa aprofundar resultados e conhecimentos sobre o funcionamento de diodos de junção com inserção intermediária de região intrínseca, diodos PIN, implementados em tecnologia UTBB como fotodetectores. A princípio utilizou-se dados de pesquisas elaboradas anteriormente de diodos PIN implementadas em substratos SOI como referência para a simulação do processo de fabricação dos dispositivos e a validação das curvas simuladas. Primeiramente, foram realizadas simulações numéricas da corrente catódica normalizada pela largura do dispositivo (ID/W) em função da tensão catódica (VD), considerando dispositivos sem porta com comprimento intrínseco (Li) de 8 µm, e espessura da camada de silício (TSi) de 20 nm. Demonstrou-se que camadas de silício extremamente finas podem ser aplicadas para a fotodetecção de parte do espectro de luz ultravioleta UVA (comprimentos de onda da ordem de 350 nm), uma vez que os pequenos comprimentos de onda são absorvidos próximo à superfície do dispositivo. Foi observado também que ao variar a polarização do substrato (Vsub), a corrente fotogerada é mais elevada, cerca de 2,75 x 10-11 A, no intervalo de Vsub entre -1 V e 0,7 V, apresentando uma queda para valores fora do intervalo devido à inversão ou acumulação da região intrínseca. Finalmente, foi possível observar que a corrente fotogerada máxima, da ordem de 2,8 x 10-11 A é atingida para diferentes intervalos de Vsub quando são implementados Ground Planes do tipo P e N num dispositivo com uma espessura de silício de 20 nm, o que está relacionado à depleção induzida na região ativa devido à presença de carga positiva ou negativa abaixo do óxido enterrado
The aim of this scientific research is to deepen our knowledge of how PIN diodes implemented in UTBB technology work as photodetectors. At first, data from previous research on PIN diodes implemented on SOI substrates was used as a reference for validating the simulated curves. Firstly, numerical simulations of the cathode current normalized by the width of the device (ID/W) as a function of the cathode voltage (VD) were carried out, considering gate-less devices with an intrinsic length (Li) of 2 µm, and a silicon layer thickness (TSi) of 20 nm. It was shown that extremely thin silicon layers can be applied for UV photodetection (wavelengths of around 350 nm), since the short wavelengths are absorbed close to the surface of the device. It was also observed that when varying the polarization of the substrate (Vsub), the photogenerated current is highest in the Vsub range between -1 V and 0.7 V, with a drop to values outside the range due to the inversion or accumulation of the intrinsic region. Finally, it was possible to observe that the maximum photogenerated current is reached for different Vsub ranges when P- and N-type Ground Planes are implemented in a device with a silicon thickness of 20 nm, which is related to the depletion induced in the active region due to the presence of positive or negative charge below the buried oxide
The aim of this scientific research is to deepen our knowledge of how PIN diodes implemented in UTBB technology work as photodetectors. At first, data from previous research on PIN diodes implemented on SOI substrates was used as a reference for validating the simulated curves. Firstly, numerical simulations of the cathode current normalized by the width of the device (ID/W) as a function of the cathode voltage (VD) were carried out, considering gate-less devices with an intrinsic length (Li) of 2 µm, and a silicon layer thickness (TSi) of 20 nm. It was shown that extremely thin silicon layers can be applied for UV photodetection (wavelengths of around 350 nm), since the short wavelengths are absorbed close to the surface of the device. It was also observed that when varying the polarization of the substrate (Vsub), the photogenerated current is highest in the Vsub range between -1 V and 0.7 V, with a drop to values outside the range due to the inversion or accumulation of the intrinsic region. Finally, it was possible to observe that the maximum photogenerated current is reached for different Vsub ranges when P- and N-type Ground Planes are implemented in a device with a silicon thickness of 20 nm, which is related to the depletion induced in the active region due to the presence of positive or negative charge below the buried oxide