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硅是地球上储量最为丰富的半导体材料,且易于提纯、成本较低,在半导体器件中得到了广泛的应用,相关的技术已经非常成熟。然而,单晶硅材料的禁带宽度较大(1.1e V),无法有效吸收波长较长的光波。因而,需要研制具有较高响应度和宽光谱响应范围的新型硅光电探测器。黑硅材料具有特殊的表面形貌结构,对可见光有极高的光学吸收,且具有良好的宽光谱吸收特性,可用于光电探测器、太阳能电池及其它光电器件。本文阐述了硅基APD光电探测器的工作原理,介绍了器件的特性参数,对黑硅具有高的光吸收率和宽光谱吸收范围的原因,进行了理论分析。在理论研究与结构设计的基础上,首先对传统硅APD光电探测器进行了仿真研究,观察了器件的电场分布,并对I-V特性、光谱特性、响应时间和雪崩倍增因子等功能特性,进行了仿真分析。在传统硅APD光电探测器仿真研究的基础上,在N+层上制备黑硅层,进行了基于黑硅材料的APD光电探测器的仿真研究,器件结构为N+PπP+。结果表明:1)以N+层为光敏区的器件比以P+层为光敏面的器件具有更高的响应度,黑硅探测器对于可见光和近红外光都具有高的响应度;2)以N+层作为光敏区的器件主要性能参数为:雪崩电压-116V左右;雪崩倍增因子M=21.8时,器件响应度R为9A/W左右(@1.1μm);器件暗电流大小为10p A量级,响应时间为10ns量级,暗电流和响应时间与传统硅APD光电探测器相比量级保持不变;3)器件的响应度随尖锥结构纵横比的增大而增大,N+黑硅层掺杂浓度越高,其光响应度越高;4)雪崩击穿电压随着P区和π区掺杂浓度的增加而减小,随着π区厚度增大而增大;P区和π区掺杂浓度越高,雪崩倍增因子更容易提高,增加P区和π区厚度可以提高器件对红外波段的响应度。研究表明,基于黑硅材料的APD光电探测器,能在保持暗电流与响应时间无大范围变化的情况下,明显提高量子效率和响应度,且能够将探测器的光谱响应范围延展至近红外波段。