基于Silvaco的β-氧化镓(β-Ga₂O₃)基MSM型日盲紫外光电探测器仿真研究

基于Silvaco的β-氧化镓(β-Ga₂O₃)基MSM型日盲紫外光电探测器仿真研究

摘要

日盲紫外光电探测技术在导弹预警、火灾监测、紫外通信等军用和民用领域具有重要的应用价值。β-氧化镓(β-Ga₂O₃)作为一种超宽禁带半导体材料，因其禁带宽度约为4.8-4.9 eV（对应吸收截止边约250 nm）而恰好覆盖日盲紫外波段，加之其优异的化学稳定性、高击穿电场(约8 MV/cm)和低制造成本，成为日盲紫外探测领域的理想候选材料。本文基于Silvaco TCAD中的ATLAS模块，针对β-Ga₂O₃基金属-半导体-金属(MSM)结构日盲紫外光电探测器开展系统的二维器件仿真研究。首先介绍了β-Ga₂O₃材料的物理特性及Silvaco自定义材料方法，其次详细阐述了器件结构建模、物理模型选择与参数设置、数值求解方法等仿真流程，再给出完整的仿真代码并逐行解释，最后通过对暗电流-电压特性、光电流-电压响应、光谱响应和瞬态光响应的分析，系统评估了探测器的各项性能指标。本文为氧化镓基紫外光电探测器的理论研究和器件优化提供了系统的仿真方法和参考依据。

关键词：β-氧化镓；日盲紫外探测；MSM结构；Silvaco ATLAS；TCAD仿真

第一章 引言

1.1 研究背景与意义

日盲紫外波段(200~280 nm)是指太阳辐射中被地球大气层臭氧层强烈吸收而几乎无法到达地面的紫外光谱区域。在此波段工作的光电探测器具有背景噪声极低的显著优势，广泛应用于导弹尾焰探测、高压电晕放电监测、火焰预警、紫外保