元件物理模擬研究

在這簡略分享我的碩班研究，以及碩班報告的投影片。

我在臺大電子所的研究主題是設計、製作與分析雪崩光電二極體（Avalanche Photodiode，APD），這是與中科院〈材料暨光電研究所〉的學術合作案。雪崩光電二極體是由「雪崩效應」（Avalanche breakdown）與「光電二極體」這兩個概念結合而成。

碩士論文：InP/InGaAsP/InGaAs 雪崩光電二極體之 TCAD 模擬、護環效應與暗電流分析

光電二極體，對該元件照射可見光時，可有效將其轉換為電流。再藉由雪崩效應，將微小的電流放大數倍。以成功偵測、辨識極其微弱的光訊號。由此，經過特別設計的雪崩光電二極體即可作為「單光子偵測器」（Single-photon detector，SPD），進一步做成「光學雷達」（Light detection and ranging，Lidar）。在軍事方面，可用來偵察隱形戰機、探測地形，也可為自駕車掃描感應周邊環境。不過我的研究並沒有成功做出那麼前衛的光學雷達。事實上光學雷達並不是「一顆SPD」，他是由一顆APD搭配許多電路元件所組成的一個「電子元件系統」；SPD不過是其中的主要光感元件。

因為我們實驗室委外製作磊晶元件，所以我的研究重點為：

元件設計
元件製作（委外）
元件分析

元件設計

利用 Sentaurus TCAD 中的 Process & Device simulation，模擬元件結構及電性。
依據學術合作案指定的元件電性規格，設法找到最適當的磊晶結構。
倘若能模擬出正確元件電性，那麼就能藉此模型嘗試各種磊晶結構，找到最佳結構。
困難在於，如何正確模擬？模擬最為人詬病的點在於，模型與參數可能全錯。
而我的貢獻，就在於通盤了解對於當前元件最重要的電性模型，即 Hurkx trap-assisted tunneling model，其等效修正了 SRH recombination rate 中的載子生命期。

$$R_\text{SRH}\equiv\frac{np-n_i^2}{\tau_{p}(n+n_1)+\tau_n(p+p_1)}\tag{1}$$

$$\tau_{p}\equiv\frac{\tau_{p0}}{1+\Gamma_{p}}\quad;\quad\tau_{n}\equiv\frac{\tau_{n0}}{1+\Gamma_{n}}\tag{2}$$