时间：2026-04-03 分类：发表攻略
北京信息科技大学王佩炎团队在《半导体光电》发表论文《锑化物中波雪崩光电探测器的设计与优化》，针对中波弱光探测下线性模式APD的需求，设计了以InAs/GaSb二类超晶格为吸收层、AlGaAsSb四元合金为倍增层的雪崩光电探测器。团队通过构建碰撞电离模型、仿真优化器件结构参数，探究了温度对器件性能的影响，获得了低暗电流、高增益的最优参数，为室温工作的中波红外雪崩光电二极管提供了重要理论参考。
研究中，团队先为AlGaAsSb合金构建碰撞电离模型，结合SILVACO-ATLAS仿真平台，通过晶格匹配计算确定Al组分为0.3、As组分为0.02的AlGaAsSb四元合金为最优倍增层材料，并拟合得到适配仿真平台的碰撞电离参数。同时设计了自上而下包含盖层、接触层、吸收层、倍增层、缓冲层的锑化物中波APD器件结构，明确了各层材料、厚度与掺杂方式，保证吸收层低电场避免电离、倍增层高电场实现雪崩电离的器件特性。
为优化器件性能，团队系统仿真了吸收层和倍增层的厚度、掺杂浓度对器件I-V特性、电场分布及瞬态响应的影响。结果表明，吸收层取1.5μm厚度、1×10¹⁵ cm⁻³掺杂浓度，倍增层取0.4μm厚度、1×10¹⁵ cm⁻³掺杂浓度时，器件综合性能最佳，暗电流得到有效抑制，电场分布与瞬态响应均处于理想状态。
团队还探究了200K-300K温度区间对器件的影响，发现暗电流密度随温度升高而增大，微分电阻面积乘积则随温度升高而减小，温度变化对器件性能影响显著。在300K室温条件下，该优化后的APD器件在工作电压下增益达16.4，击穿电压处最大增益为129.5，比探测率达2.39×10¹¹ cm·Hz¹/²·W⁻¹，处于室温中波红外探测器的高性能水平。
该研究通过精准的模型构建与结构优化，设计出结构简单、室温工作潜力优异的锑化物中波APD，为锑化物中波红外雪崩光电探测器的材料生长与器件设计提供了实用参考。后续团队还将通过材料生长、器件工艺与测试分析，进一步验证仿真结果，完善器件结构设计与建模体系。
