Simulação e caracterização elétrica de dispositivos fotossensores implementados em tecnologia SOI

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Rodrigues, Edson José
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo
• Palavras-chave em Português: Semicondutor
• Link de acesso: https://repositorio.fei.edu.br/handle/FEI/3193; https://doi.org/10.31414/EE.2020.D.131239

Este trabalho apresenta uma análise das principais características de desempenho de fotodiodos PIN laterais implementados em tecnologia SOI de camada fina, quando iluminados por comprimentos de onda, na faixa entre azul e ultravioleta (UV), e submetidos a variações de temperaturas. Simulações numéricas bidimensionais foram realizadas para analisar características tais como corrente fotogerada, absorção, eficiência quântica e responsividade. Nesta análise foi considerada a influência da variação entre 40 nm e 500 nm da espessura da camada de silício (tSi) e do comprimento da região intrínseca (Li) entre 5 e 30 ?m para avaliação do desempenho do fotodiodo em diferentes comprimentos de onda, na faixa do azul e ultravioleta (UV). Foram estudados diferentes conjuntos de modelos físicos nas simulações, com o objetivo de reproduzir tendências reportadas na literatura. Através de medidas experimentais das intensidades de potências incidentes em função da distância, foram caracterizadas as fontes luminosas com o uso de diodos emissores de luz nos comprimentos de onda, ultavioleta UV (390 nm), violeta (410 nm) e azul (460 nm), adaptados para fornecerem a energia luminosa na região fotossensível dos fotodiodos experimentais também caracterizados para temperaturas entre 100 K e 400 K. As simulações mostram que há uma relação de dependência entre a espessura do filme de silício (tSi) e o comprimento de região intrínseca (Li), que quando avaliados e dimensionados simultaneamente possibilitam a otimização da eficiência quântica e da responsividade dos fotodiodos PIN SOI na definição da tecnologia para aplicações em comprimentos de ondas específicos. Os resultados mostram que eficiência quântica em torno de 28 % e responsividade em torno de 85 mA/W para uma dada tecnologia apresentaram a mesma tendência que os resultados experimentais, levando-se em conta a faixa de comprimento de onda e temperatura. Os resultados também mostram uma tendência quase linear da relação entre espessura do filme de silício (tSi) e a absorção (profundidade de penetração da luz), de modo que, em espessuras mais finas de filme de silício o dispositivo será mais seletivo para comprimentos de ondas baixos, ou seja, mais próximos a UV