探测器暗电流综述报告
光谱仪 辐射定标 暗电流
光谱仪辐射定标暗电流光谱仪是一种用来分析物体辐射谱线的仪器。
它通过将光束分离成不同的波长成分，并测量其强度，可以得到光的频谱分布。
而辐射定标则是光谱仪中非常重要的一个环节，它用于确保光谱仪能够准确地测量光的强度。
在光谱仪工作过程中，暗电流是一个不可忽视的因素。
本文将详细介绍光谱仪、辐射定标和暗电流的相关知识，并一步一步回答与之相关的问题。
第一部分：光谱仪光谱仪是一种将入射光分解成不同波长成分的仪器。
根据所用的原理和光学元件的不同，可以将光谱仪分为多种类型，如分光光度计、衍射光谱仪、光栅光谱仪等。
1. 为什么需要光谱仪？光谱仪可以帮助我们了解物质辐射的特性。
不同物质在不同波长的光下会表现出不同的特色光谱线，通过测量这些光谱线的强度，我们可以研究物质的构成、性质和浓度等。
2. 光谱仪的工作原理是什么？光谱仪的工作原理基于光的分光现象，即将光源发出的连续光束通过光学元件（如光栅、棱镜或衍射光栅）分解成不同波长的光束。
这些分离出来的光束经过光电检测器测量，得到光的频谱分布。
3. 光谱仪的主要组成部分有哪些？光谱仪主要由入射光源、光学元件、光电探测器和数据处理系统等组成。
其中，入射光源可以是白光源或单色光源，光学元件用于将光束分解成不同波长，光电探测器用于测量光束的强度，数据处理系统用于处理和分析测量结果。
第二部分：辐射定标辐射定标是光谱仪中非常重要的一个环节，它是为了确保光谱仪能够准确地测量光的强度。
1. 为什么需要进行辐射定标？光谱仪的光电探测器需要将测量到的光信号转换成电信号。
为了能够准确测量光信号的强度，需要以已知强度的光源进行定标。
辐射定标可以通过散射标定、反射标定或吸收标定等方式进行。
2. 辐射定标的常用方法有哪些？辐射定标的常用方法有黄金法、灯光法和参比法等。
黄金法是将一个已知强度的光源放置在固定的距离下，用特定的方法测量光源的强度，并将其作为参考值。
灯光法则是使用一个标准灯光源作为参考，通过测量标准灯光源和待测灯光源的强度，得到比值来确定待测光源的强度。
光电探测实验报告
光电探测技术实验报告班级：10050341学号：05姓名：解娴实验一光敏电阻特性实验一、实验目的1.了解一些常见的光敏电阻的器件的类型；2.了解光敏电阻的基本特性；3.测量不同偏置电压下的光敏电阻的电压与电流，并作出V/A曲线。
二、实验原理伏安特性显示出光敏电阻与外光电效应光电元件间的基本差别。
这种差别是当增加电压时，光敏电阻的光电流没有饱和现象，因此，它的灵敏度正比于外加电压。
光敏电阻与外光电效应光电元件不同，具有非线性的光照特性。
各种光敏电阻的非线性程度都是各不相同的。
大多数场合证明，各种光敏电阻均存在着分析关系。
这一关系为=ΦI kαΦ式中，K为比例系数；是永远小于1的分数。
光电流的增长落后于光通量的增长，即当光通量增加时，光敏电阻的积分灵敏度下降。
这样的光照特性，使得解算许多要求光电流与光强间必需保持正比关系的问题时不能利用光敏电阻。
光照的非线性特性并不是一切光敏半导体都必有的。
目前已有就像真空光电管—样，它的光电流随光通量线性增大的光敏电阻的实验室试样。
光敏电阻的积分灵敏度非常大，最近研究出的硒—鎘光敏电阻达到12A／lm，这比普通锑、铯真空光电管的灵敏度高120，000倍。
三、实验步骤1、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流按照图1接线，电源可从+2V～+8V间选用，分别在暗光和正常环境光照下测出输出电压V暗和V亮。
则暗电流L暗=V暗/RL,亮电流L亮=V亮/RL，亮电流与暗电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。
2、伏安特性光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系即为伏安特性。
按照图1接线，分别测得偏压为2V、4V、6V、8V、10V时的光电流，并尝试高照度光源的光强，测得给定偏压时光强度的提高与光电流增大的情况。
将所测得的结果填入表格并做出V/I曲线。
图1光敏电阻的测量电路偏压2V4V6V8V10V12V 光电阻I四、实验数据实验数据记录如下：光电流：E/V246810U/V0.090.210.320.430.56I/uA1427.54255.270.5暗电流：0.5uA实验数据处理：拟合曲线如下：五、实验结论通过本次实验了解了一些常用的光敏电阻的类型、内部结构及其基本特性，也熟练掌握了光敏电阻的特性测试的方法。
暗电流改善总结报告-2
2014.5.29
概括
一: El的目的及定义 二： EL主要能测出那几大不良 三：关于隐裂、黑心、断栅 等不良的分析
EL目的及定义
1、EL 目的：为了使组件产品质量满足质量要求
定 义 ： EL ： 电 致 发 光 （electroluminescent） ,是指电流通过物质时或物质处于强电场下 发光的现象。
图一
图二
注：图一为单晶隐裂片，单晶隐裂片多
为一条隐裂，图像非常明片，多晶隐裂 片多像树叶的经脉一样
黑芯片会对组件造成哪些影响 呢？
1、黑芯片会造成热击穿。 2、黑芯片会影响功率测试的曲线台阶。 3、黑芯片会影响组件功率。
注：EL发现黑芯片必须 返工处理。
图三
EL测试能测出哪几大不良？
1、 隐裂 2、 黑芯片 3、 暗片 4、 断栅 5、 破片 6、 低效片 7、 污垢片 8、 过刻 9、 正负极接反等
隐裂会对组件造成哪些影响呢？
1、隐裂可能会导致热斑效应，特别注意单晶电池 片隐裂，单晶电池片隐裂会沿着晶界方向延伸， 延伸轻则造成热斑重则造成电池片一块失效区。
注：隐裂会不会导致热斑效应与电池片栅线 的分布、隐裂的方向有关系。 2、电池片的隐裂会加速电池片功率衰减。 3、电池片的隐裂会影响组件的正常使用寿命。 4、电池片的隐裂会在机械载荷下扩大，有可能会 导致开路性的破损。 5、长度超过1mm的隐裂将不能承受2400PA的 压力
注：下页幻灯片为单多晶隐裂图片。
2、也有可能是扩散的问题或原材料的问题如（铝浆）
过刻的危害
1、减小有效光电池面积直接影响短路电流。 2、增加电池材料的高频损伤、降低电池参数。 3、会造成一定程度的漏电。 如图：
造成过刻的原因有可能是排风和药液的问题
台面型InGaAs探测器暗电流及低频噪声研究
光电子・激光第21卷第4期 2010年4月 Journal of Optoelectronics・Laser Vol.21No.4 Apr.2010台面型I nG aAs探测器暗电流及低频噪声研究3李 淘1,2,汪 洋1,李永富1,2,唐恒敬1,李 雪1,龚海梅133(1.中国科学院上海技术物理研究所,传感技术国家重点实验室,中国科学院红外成像材料与器件重点实验室,上海200083;2.中国科学院研究生院,北京100039)摘要:制备了一系列不同面积的台面型InG aAs红外探测器,通过周长面积比(P/A)的变化分析了器件的暗电流机制及低频噪声性能。
结果表明,在现有的材料和工艺水平下,台面边缘和体内的产生复合电流都在总暗电流中占了较大部分。
对测试结构器件的低频噪声测量表明,在反偏下,器件表现出明显的1/f噪声;由于边缘产生复合电流对小尺寸器件的影响大,其产生的噪声使得器件总噪声变大。
这些结果表明,以后的工艺改进应注重减少边缘电流和体内产生复合电流。
关键词:红外探测器;InG aAs;暗电流;噪声中图分类号:TN215 文献标识码:A 文章编号:100520086(2010)0420500204I nvestig ation on d ark cu rrent and lowfrequ ency noise of m es a typ eI nG aAs infrared d etectorLI T ao1,2,W ANG yang1,LI Y ong2fu1,2,T ANG Heng2jing1,LI Xue1,G ON G Hai2mei133(1.State K ey Laboratories of T ransducer T echnology,Shanghai Institute of T echnical Physics,K ey Laboratories ofInfrared Imaging Materials and Detectors,Shanghai Institute of T echnical Physics,Chinese Academy of Sciences,Shanghai200083,China;2.G raduate S chool of the Chinese Academy of Sciences,Beijing100039,China)Abstract:We fabricate a series of mesa type InG aAs infrared detectors with different areas.We use per2imeter2to2area analysis to investigate the dark current mechanism and low frequency noise characteristicof these detectors.In these detectors the generation2recombination(g2r)currents that are related to mesaedge and the bulk dominate the total dark current.The results of the noise measurement show that,atlow frequencies the detectors are1/f noise dominated.The total noise becomes larger with the increas2ing edge g2r current of the detector when the device size reduces.The above results indicate that theprocess improvement should focus on reducing the edge g2r current and bulk g2r current.K ey w ords:infrared detector;InG aAs;dark current;noise1 引 言 与InP衬底晶格匹配的In0.53G a0.47As探测器已经在光通讯等领域得到大量应用,商业的需求不断推动其材料生长设备、器件制备工艺的改进,使InG aAs短波红外探测器的发展越来越成熟,在航天遥感、红外成像和测温等领域有着广泛的应用前景,国外已经成功将InG aAs探测器应用在空间遥感等多个领域[1]。
长波HgCdTe红外探测器的暗电流机理研究进展
Ｌｏ ｎｇ － ｗａ ｖｅ ｌ ｅ ｎｇ ｔ ｈ Ｈｇ ＣｄＴｅ Ｉ ｎｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ Ｄｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｄ ａ ｒ ｋ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｏ ｆ Ｈｇ Ｃｄ Ｔ ｅ ｌ ｏ ｎ ｇ — ｗａ ｖ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ （ Ｌ ＷＩ Ｒ） ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｓ
第３ ７ 卷 第５ 期 ２ ０ １ ５年 ５月
红 外 技 术
Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖ ０ ｌ ｌ － ３ ７ Ｎｏ ． ５
Ｍａ ｙ ２０１ ５
＜ 综 述 与评 论 ＞
长 波 Ｈｇ Ｃ ｄ Ｔ ｅ 红外探测 器 的暗 电流机理研 究进展
位［ 。
随着 红外 探测 技 术 的发展 ，Ｈｇ Ｃ ｄ Ｔ ｅ 红外 探测 器 已经 发 展到长 波 了 。第一 代 Ｈｇ Ｃ ｄ Ｔ ｅ红外探 测器
ＣＨＥＮ Ｘｉ ａ ｏ— ｓ ｈ ｕａ ｎｇ， ＸＵ Ｊ ｉ ａ ｏ， ＨＵ Ｗｅ ｉ — ｄ ａ， Ｗ ＡＮＧ Ｊ ｕｎ， ＣＨＥＮ Ｙｏ ｎ ｇ— ｇ ｕｏ，
Ｈ ＵＡ Ｎ Ｇ Ｙａ ｎ， ＺＨ ＯＵ Ｘｉ ａ ｏ — ｈ ａ ｏ， ＬＵ Ｗｅ ｉ
（ Ｎａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｌ ａ ｂ ｆ ｏ ｒ Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄＰ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ｆＣ ｏ Ａ Ｓ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ８ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
光电探测综合实验报告
一、实验目的1. 理解光电探测的基本原理和实验方法。
2. 掌握光电探测器的使用和调试技巧。
3. 学习光电探测实验的测量和分析方法。
4. 通过实验，加深对光电探测技术在实际应用中的理解和应用。
二、实验原理光电探测是利用光电效应将光信号转换为电信号的过程。
光电探测器是光电探测系统的核心部件，它将光信号转换为电信号，然后通过放大、滤波等电路处理后，输出可供进一步处理和利用的电信号。
本实验主要涉及以下光电探测器：光电二极管、光电三极管、光电耦合器等。
光电二极管是一种半导体器件，具有光电转换效率高、响应速度快、体积小等优点。
光电三极管是一种具有放大作用的光电探测器，它可以将微弱的光信号放大成较大的电信号。
光电耦合器是一种将输入信号的光电转换和输出信号的传输分开的器件，具有良好的隔离性能。
三、实验仪器与设备1. 光源：LED灯、激光笔等。
2. 光电探测器：光电二极管、光电三极管、光电耦合器等。
3. 放大器：运算放大器、低噪声放大器等。
4. 测量仪器：示波器、万用表等。
5. 连接线、测试板等。
四、实验内容及步骤1. 光电二极管特性测试（1）测试前准备：将光电二极管、放大器、示波器、万用表等仪器连接好。
（2）测试步骤：① 将光电二极管正向偏置，调整偏置电压，观察并记录光电二极管的伏安特性曲线。
② 将光电二极管反向偏置，调整偏置电压，观察并记录光电二极管的反向饱和电流。
③ 测量光电二极管的暗电流和亮电流。
2. 光电三极管特性测试（1）测试前准备：将光电三极管、放大器、示波器、万用表等仪器连接好。
（2）测试步骤：① 将光电三极管集电极、基极和发射极分别连接到电路中，调整基极偏置电压，观察并记录光电三极管的伏安特性曲线。
② 测量光电三极管的集电极电流、基极电流和发射极电流。
③ 测试光电三极管的电流放大倍数。
3. 光电耦合器特性测试（1）测试前准备：将光电耦合器、放大器、示波器、万用表等仪器连接好。
（2）测试步骤：① 将光电耦合器的输入端和输出端分别连接到电路中，调整输入端电压，观察并记录光电耦合器的传输特性曲线。
光电探测器实验报告
光电探测器实验报告光电探测器实验报告引言：光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的装置，广泛应用于光学通信、光电测量等领域。
本实验旨在通过实际操作，了解光电探测器的工作原理、特性以及应用。
一、实验目的本实验的目的是通过搭建实验电路，测量光电探测器的电流-电压特性曲线，了解其灵敏度、响应速度等参数，并探究不同波长光对光电探测器的影响。
二、实验装置与方法本实验所用的主要装置有光电探测器、光源、电流电压源、示波器等。
首先，将光电探测器与电流电压源相连接，然后将示波器与光电探测器并联，最后将光源对准光电探测器。
在实验过程中，我们将改变电流电压源的输出电压，记录光电探测器的输出电流，并观察示波器上的波形。
三、实验结果与分析通过实验测量，我们得到了光电探测器的电流-电压特性曲线，如图1所示。
从图中可以看出，当电压较小时，光电探测器的输出电流较小，随着电压的增加，输出电流逐渐增大。
当电压达到一定值后，输出电流基本保持稳定。
这是因为在低电压下，光电探测器的内部电场较弱，电子-空穴对的产生较少，因此输出电流较小。
随着电压的增加，内部电场增强，电子-空穴对的产生增多，导致输出电流增大。
当电压达到一定值后，内部电场已经达到饱和，此时输出电流基本保持稳定。
图1 光电探测器的电流-电压特性曲线另外，我们还对不同波长光对光电探测器的影响进行了实验。
通过改变光源的波长，我们测量了不同波长下光电探测器的输出电流。
实验结果显示，当光源的波长与光电探测器的工作波长匹配时，输出电流最大。
这是因为光电探测器对特定波长的光敏感度最高，其他波长的光则会引起较小的输出电流。
这一特性使得光电探测器在光学通信等领域中具有重要的应用价值。
四、实验总结通过本次实验，我们深入了解了光电探测器的工作原理和特性。
光电探测器的电流-电压特性曲线反映了其灵敏度、响应速度等重要参数。
同时，不同波长光对光电探测器的影响也得到了验证。
这些实验结果有助于我们更好地理解光电探测器的应用和优化设计。
AlGaN日盲紫外雪崩光电探测器暗电流研究
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光电探测实验报告总结(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过实际操作，了解光电探测的基本原理和实验方法，掌握光电探测器的性能测试技术，并分析光电探测在现实应用中的重要性。
实验过程中，我们对光电探测器的响应特性、灵敏度、探测范围等关键参数进行了测试和分析。
二、实验原理光电探测器是一种将光信号转换为电信号的装置，广泛应用于光电通信、光电成像、环境监测等领域。
实验中，我们主要研究了光电二极管（Photodiode）的工作原理和特性。
光电二极管是一种半导体器件，当光照射到其PN结上时，会产生光生电子-空穴对，从而产生电流。
三、实验仪器与材料1. 光电二极管2. 光源（激光笔、LED灯等）3. 光电探测器测试仪4. 示波器5. 数字多用表6. 光纤连接器7. 光学平台8. 环境温度计四、实验步骤1. 光电二极管性能测试（1）将光电二极管与光源、测试仪连接，确保连接牢固。
（2）调整光源强度，观察光电探测器输出电流的变化，记录不同光照强度下的电流值。
（3）测试光电二极管在不同波长下的光谱响应特性，记录不同波长下的电流值。
2. 光电探测器灵敏度测试（1）调整环境温度，观察光电探测器输出电流的变化，记录不同温度下的电流值。
（2）改变光源距离，观察光电探测器输出电流的变化，记录不同距离下的电流值。
3. 光电探测器探测范围测试（1）在固定光源强度下，调整探测器与光源的距离，观察输出电流的变化，记录探测范围。
（2）在固定探测器与光源的距离下，调整光源强度，观察输出电流的变化，记录探测范围。
五、实验结果与分析1. 光电二极管性能测试实验结果表明，随着光照强度的增加，光电二极管输出电流逐渐增大。
在相同光照强度下，不同波长的光对光电二极管输出的电流影响不同，表明光电二极管具有光谱选择性。
2. 光电探测器灵敏度测试实验结果显示，随着环境温度的升高，光电二极管输出电流逐渐增大，表明光电探测器对温度具有一定的敏感性。
同时，在光源距离变化时，光电探测器输出电流也相应变化，说明光电探测器的探测范围与光源距离有关。
探测器暗电流综述报告
暗电流形成及其稳定性分析综述报告目录光电探测器基本原理 (2)PIN光探测器的工作原理 (2)雪崩光电二极管工作原理 (3)暗电流的形成及其影响因素 (4)暗电流掺杂浓度的影响 (5)复合电流特性 (6)表面复合电流特性 (6)欧姆电流特性 (7)隧道电流特性 (7)结面积和压焊区尺寸对探测器暗电流的影响 (10)腐蚀速率和表面钝化工艺对探测器暗电流的影响 (12)温度特性对暗电流影响 (13)暗电流稳定性分析小结 (15)参考文献 (16)光探测器芯片处于反向偏置时，在没有光照的条件下也会有微弱的光电流，被称为暗电流，产生暗电流的机制有很多，主要包括表面漏电流、反向扩散电流、产生复合电流、隧穿电流和欧姆电流。
本文就将介绍光电探测器暗电流形成及其稳定性分析，并介绍了一些提高稳定性的方案，讨论它们的优势与存在的问题。
光电探测器基本原理光电检测是将检测的物理信息用光辐射信号承载,检测光信号的变化,通过信号处理变换,得到检测信息。
光学检测主要应用在高分辨率测量、非破坏性分析、高速检测、精密分析等领域,在非接触式、非破坏、高速、精密检测方面具有其他方法无比拟的。
因此,光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一,是计量检测技术的一个重要发展方向。
PIN光探测器的工作原理在PD的PN结间加入一层本征（或轻掺杂）半导体材料（I区），就可增大耗尽区的宽度，减小扩散作用的影响，提高响应速度。
由于I区的材料近似为本征半导体，因此这种结构称为PIN光探测器。
图（a）给出了PIN光探测器的结构和反向偏压时的场分布图。
I区的材料具有高阻抗特性，使电压基本落在该区，从而在PIN 光探测器内部存在一个高电场区，即将耗尽层扩展到了整个I区控制 I 区的宽度可以控制耗尽层的宽度。
PIN光探测器通过加入中间层，减小了扩散分量对其响应速度的影响，但过大的耗尽区宽度将使载流子通过耗尽区的漂移时间过长，导致响应速度变慢，因此要根据实际情况折中选取I层的材料厚度。
光电探测器概述分析
光电探测器概述分析光敏元件是光电探测器的核心部件，用于将入射的光能量转换为电能。
常见的光敏元件包括光电二极管、光电倍增管、光电导、光敏晶体等。
其中，光电二极管是最常见的光敏元件，由P型和N型半导体材料组成，当光照射到PN结时，产生光生电流。
光电倍增管是一种具有电子增益的光敏元件，它通过二次发射效应实现光电信号的放大。
光电导是一种基于金属-绝缘-半导体(MIS)结构的光敏元件，光照射到MIS结时，产生的电子流被金属电极捕捉，从而产生电信号。
光敏晶体是一种利用光生载流子的非线性效应来实现光电转换的光敏元件，具有高速响应和高灵敏度的特点。
信号处理电路是光电探测器将光信号转换为电信号后进行进一步处理的电路部分。
常见的信号处理电路包括放大电路、滤波电路、模数转换电路等。
放大电路用于增加光电信号的幅度，以提高信噪比和灵敏度。
滤波电路则用于去除杂散信号和噪声，保留感兴趣的频段信号。
模数转换电路则将模拟电信号转换为数字信号，以便进行数字信号处理和分析。
光电探测器的性能参数主要包括灵敏度、响应时间、线性度、噪声等。
灵敏度是指光电探测器对光信号的敏感程度，一般用电流-光功率转换系数和量子效率来描述。
响应时间是指光电探测器从接收到光信号到产生相应电信号的时间间隔。
线性度是指光电探测器输出的电信号与输入光信号之间的线性关系程度。
噪声是指光电探测器输出电信号中的随机波动，通常分为热噪声、暗电流噪声和光电转换噪声等。
在实际应用中，根据需要选择合适的光电探测器。
有选择的因素包括工作波长范围、动态范围、灵敏度要求、响应速度、稳定性等。
比如，在光通信领域，一般选择具有较高灵敏度和快速响应时间的光电探测器；在光谱分析领域，一般需要选择具有较高线性度和低噪声的光电探测器。
总之，光电探测器是一种重要的光电器件，具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步和需求的不断增长，对光电探测器的性能和特性要求也在不断提高，这就需要不断地研发和创新，以满足不同领域的应用需求。
量子点红外探测器暗电流及噪声特性研究
量子点红外探测器暗电流及噪声特性研究量子点红外探测器暗电流及噪声特性研究引言量子点红外探测器（Quantum Dot Infrared Photodetector，QDIP）近年来在红外检测领域展示出了巨大的潜力，已被广泛应用于安全检测、半导体材料学以及生物医学领域。
QDIP具有高灵敏度、快速响应和宽波段等优势，因此对其性能参数进行深入研究具有重要意义。
本文将重点探讨QDIP的暗电流及噪声特性研究，分析其对红外探测器性能的影响。
一、暗电流特性研究暗电流是指在没有光照射的情况下，探测器本身产生的电流。
在红外探测器中，暗电流来源较多，如载流子之间的复合、杂质电离以及边缘漏电等。
暗电流对红外探测器性能的影响主要体现在信噪比以及探测灵敏度上。
1. 暗电流对信噪比的影响暗电流的存在会导致探测器底噪电流的增加，进而降低信噪比。
信噪比是评估探测器性能好坏的重要指标，对于红外成像和红外光谱分析等应用具有重要意义。
通过研究不同条件下的暗电流特性，可以优化探测器材料与结构，减小暗电流的产生，从而提高探测器的信噪比。
2. 暗电流对探测灵敏度的影响探测灵敏度是指探测器单位输入能量变化时的响应能力。
暗电流会增加背景信号的噪声，降低探测灵敏度。
针对暗电流这一问题，可通过控制材料的制备工艺、优化结构设计等手段，降低暗电流的产生，并提高探测器的灵敏度。
二、噪声特性研究噪声是指电子系统中各种电子态的随机变动所引起的信号干扰。
影响QDIP性能的噪声主要有热噪声、暗电流噪声和灯光电流噪声等。
1. 热噪声热噪声是指由于电子的热激发和热传导引起的随机电流波动。
热噪声源自于电子系统内各种电子态的随机运动。
通过降低探测器的工作温度或优化材料制备工艺，可以有效减小热噪声对QDIP的影响。
2. 暗电流噪声暗电流的存在会增加背景信号的噪声，从而降低探测器的信噪比。
减小暗电流噪声的方法主要包括提高探测器的材料质量、优化结构设计以及制备过程中的控制。
光电探测器综述(PD)
光电探测器综述摘要：近年来，围绕着光电系统开展了各种关键技术研究，以实现具有高集成度、高性能、低功耗和低成本的光电探测器（Photodetector）及光电集成电路（OEIC）已成为新的重大挑战。
尤其是具有高响应速度，高量子效率和低暗电流的高性能光电探测器，不仅是光通信技术发展的需要，也是实现硅基光电集成的需要，具有很高的研究价值。
本文综述了近十年来光电探测器在不同特性方向的研究进展及未来几年的发展方向，对其的结构、相关工艺和制造的研究具有很重要的现实意义。
关键词：光电探测器，Si ,CMOSAbstrac t: In recent years, around the photoelectric system to carry out the study of all kinds of key technologies, in order to realize high integration, highperformance, low power consumption and low cost of photoelectricdetector (Photodetector) and optoelectronic integrated circuit (OEIC) hasbecome a major new challenge. Especially high response speed ，highquantum efficiency, and low dark current high-performance photodetector,is not only the needs for development of optical communication technology,but also realize the needs for silicon-based optoelectronic integrated,has thevery high research value.This paper reviews the development of differentcharacteristics and results of photodetector for the past decade, and discusses thephotodetector development direction in the next few years,the study of highperformance photoelectric detector, the structure, and related technology,manufacturing, has very important practical significance.Key Word: photodetector, Si ,CMOS一、光电探测器1.1概念光电探测器在光通信系统中实现将光转变成电的作用，这主要是基于半导体材料的光生伏特效应，所谓的光生伏特效应是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。
中短波红外焦平面探测器暗电流测试分析及相关性能研究
中短波红外焦平面探测器暗电流测试分析及相关性能研究宇宙大爆炸初期宇宙的演变一直是天文学家研究的热点，该时期的宇宙辐射信息主要集中在中短波红外光波段。
中短波HgCdTe红外焦平面探测器能同时满足天文观测的低暗电流、大面阵规模和低盲元率的三大需求，被广泛用于天文探测器的研制。
随着中短波HgCdTe红外焦平面探测器的发展，其暗电流越来越小，这就对暗电流I—V特性的测试方法提出了更高的要求。
另一方面，HgCdTe红外焦平面探测器的制备工艺过程复杂，导致器件产生盲元的因素较多，使盲元的成因分析变得复杂，同时器件规模的不断扩大，进一步增加了盲元分析的难度。
本文围绕中短波HgCdTe红外焦平面探测器，研究了两种微弱电流测试方法，运用改进后的测试系统测试了中短波HgCdTe探测器的暗电流并结合器件工艺进行了分析，利用数据关联分析以及结合X射线CT成像实验的方法研究了器件中出现“响应率盲元对”的原因。
论文的主要内容如下：研究了HgCdTe探测器微弱电流I—V特性测试方法并搭建了新的测试系统，使暗电流I—V特性的测试能力比原有测试方法(系统)提高2~3个数量级。
分析了测试系统噪声的来源，根据不同噪声的特点采取相应的降噪方法，提出了振动引起噪声的机理，并通过改进器件的电学连接方式降低了制冷设备的振动噪声，最终使系统误差小于10fA；计算了实际测试时冷屏辐射引起的暗电流大小，得到了满足中短波HgCdTe探测器暗电流测试需求的全封闭冷屏温度关系；详细分析了测试系统电容效应对器件微弱暗电流I—V特性测试的影响，通过实验确定了满足中短波HgCdTe探测器暗电流测试所需的时序方案。
测试并分析了不同衬底中波HgCdTe红外探测器的变温暗电流I—V特性。
对器件的R—V特性进行了拟合分析，得到不同衬底的中波HgCdTe探测器在液氮温度下的暗电流的主要成分为产生复合电流，且CZT衬底器件的SRH寿命大于Si衬底器件，Si衬底器件大于GaAs衬底器件；准确测试了Si基衬底中波HgCdTe探测器的变温暗电流特性，通过对比发现了实验样品比国际上报道的器件的优值因子在不同温度下均相差2~3个数量级，通过比较分析器件制备工艺过程的差异，且将变温暗电流特性分为高温和低温两个温度区间进行了分析，得到在高温区间引起探测器性能差异的原因或为Hg空位掺杂p型层与非本征掺杂p 型层少子寿命上的差异，在低温区间的差异可能由于n型层中存在离子注入损伤导致材料的SRH寿命偏低。
p-i-n InPInGaAs光电探测器的电流及电容特性研究
文章编号:1672-8785(2021)01-0001-05p-i-n In&InGaAs光电探测器的电流及电容特性研究夏少杰陈俊"(苏州大学电子信息学院，江苏苏州215006)摘要：为了实现高灵敏度探测，红外探测器需要得到优化&利用Silvaco 器件仿真工具研究了 p-i-n 型InP/Ino. 53Ga 0.47As/In 0. 53Ga °. 47A s 光电探测器的结构, 并模拟了该结构中吸收层浓度和台阶宽度对暗电流以及结电容的影响&结果表 明，随着吸收层掺杂浓度的逐渐增大，器件的暗电流逐渐减小，结电容逐渐增 大。
当台阶宽度变窄时，器件的暗电流随之减小，结电容也随之变小。
最后研 究了光强和频率对器件结电容的影响&在低光强下，器件的结电容基本不变； 当光强增大到1 W /m 2时，器件的结电容迅速增大&器件的结电容随频率的升 高而减小，其 &关键词：近红外光电探测器；InP/InGaAs ；暗电流；结电容中图分类号：TN362文献标志码：A DOI ： 10.3969/j.issn.1672-8785.2021.01.001Research on Current and Capacitance Characteristicsof p-i-n In&InGaAs PhotodetectorXIA Shao-jie ，CHEN Jun **收稿日期：2020-08-28基金项目：国家自然科学基金项目(61774108)作者简介：夏少杰(1995-)，男，江苏苏州人，硕士生，主要从事红外光电器件研究。
*通讯作者:E-mail ： ****************.cn(.School of Electronic and Information Engineering ，Soocho2 University ，Suzhou 215006，China )Abstract : In order to achieve high sensitivity detection ，infrared detectors need to be optimized. Based on the Silvaco device simulation tool, the photoelectric characteristics of p-i-n InP/IriQ,53GaQ,47As/In 0.53GaQ,47As photode tector is analyzed. The effects of absorption concentration and mesa width on dark current and junction capaci tance in the structure are simulated. The results show that as the doping concentration of the absorption layergradua <yincreases ，thedarkcu r entofthedevicegradua <ydecreases ，andthejunctioncapacitancegradua <y increases. When the mesa width becomes narrower ，the dark current of the device decreases ，and the junctioncapacitance becomes smaller. Finally ，the effect of light intensity and frequency on the device junction capaci tance is studied. At low light intensity ，the device junction capacitance is basically unchanged. When the light intensityincreasesto1 W /cm 2!thedevicejunctioncapacitanceincreasesrapidly2Thedevicejunctioncapaci-tance increases with frequency decreasing. The peak is caused by defect levels.Key words:near-infrared photodetector；InP/InGaAs；dark current；junction capacitance0引言随着红外探测技术的不断发展，红外探测器作为该技术中最核心的部分也发展极为迅猛&红外探测器可将人类肉眼不可见的红外辐射能转换为可测量的能量！其研究最重要的是材料和器件结构的选择。
中短波红外焦平面探测器暗电流测试分析及相关性能研究的开题报告
中短波红外焦平面探测器暗电流测试分析及相关性能研究的开题报告第一部分：选题背景和意义红外焦平面探测器作为红外成像的核心部件，具有广泛的应用前景。
其中中短波红外焦平面探测器以其灵敏度高、响应速度快等特点，在军事、医疗、安防及航天等领域具有广泛的应用。
而探测器的暗电流是衡量其性能的重要指标之一，因此对探测器暗电流的测试和分析具有十分重要的意义。
本研究旨在探究中短波红外焦平面探测器暗电流的测试方法，并分析其与其他性能指标的相关性，为探测器的优化设计提供理论依据。
第二部分：研究内容和方法研究内容：1.中短波红外焦平面探测器暗电流的测试方法探究：根据现有文献，结合实验设计，探究探测器暗电流测试的常用方法及其适用范围。
2.探测器暗电流与其他性能指标的相关性分析：通过实验测试，探究探测器暗电流与响应速度、灵敏度、分辨率等指标之间的相关性，为探测器的优化设计提供理论依据。
研究方法：1.文献综述法：对现有文献进行综述，了解探测器暗电流测试的方法和相关理论知识。
2.实验分析法：通过实验测试，对探测器暗电流和其他性能指标进行测试和分析，探究它们之间的相关性。
第三部分：预期研究成果通过本文的研究，预期可以得到以下成果：1.中短波红外焦平面探测器暗电流测试方法和步骤的总结和分析。
2.探测器暗电流与响应速度、灵敏度、分辨率等性能指标之间的相关性分析结果。
3.为探测器的优化设计提供理论依据。
第四部分：可行性分析本研究的方法和步骤在前人的研究基础上，有着一定的可行性。
同时，本研究所需的实验设备和仪器也已经具备，可以确保实验的可行性和准确性。
第五部分：进度安排和预算进度安排：第一周：文献综述和预备实验第二周：实验测试和数据处理第三周：分析结果和撰写论文预算：本研究所需的预算包括实验所需的材料和设备费用，预计总费用为5000元。
第六部分：参考文献[1] Pei Z. W., Ma Y. L., Zhou P.,& Song C. H. Optimization of spectral response for QWIP infrared detectors based on InAs/GaSb superlattice[J]. Journal of Infrared and Millimeter Waves,2018,37(2):262-267.[2] ROY P. R., BASAK S., BASAK K.,& BHUSAN B. Detection and quantitative analysis of methane (CH4) gas by 8– 12 μm infrared radiation[J]. Applied Physics B, 2018,124(5).[3] ZHENG B., YAN X.-B., SONG X.-F.,& LIU H. Study on the relationship between dark current of mid-wavelength infrared detector and acceptance angle[J]. Optik, 2018,157:1077-1088.。
探测器暗电流综述研究报告
暗电流形成及其稳定性分析综述报告目录光电探测器基本原理11.1 PIN光探测器地工作原理21.2雪崩光电二极管工作原理2暗电流地形成及其影响因素32.1暗电流掺杂浓度地影响42.1.2复合电流特性42.1.3表面复合电流特性52.1.4欧姆电流特性52.1.5隧道电流特性52.2结面积和压焊区尺寸对探测器暗电流地影响82.3腐蚀速率和表面钝化工艺对探测器暗电流地影响102.4温度特性对暗电流影响11暗电流稳定性分析小结12参考文献13光探测器芯片处于反向偏置时，在没有光照地条件下也会有微弱地光电流，被称为暗电流，产生暗电流地机制有很多，主要包括表面漏电流、反向扩散电流、产生复合电流、隧穿电流和欧姆电流..本文就将介绍光电探测器暗电流形成及其稳定性分析，并介绍了一些提高稳定性地方案，讨论它们地优势与存在地问题.光电探测器基本原理光电检测是将检测地物理信息用光辐射信号承载,检测光信号地变化,通过信号处理变换,得到检测信息.光学检测主要应用在高分辨率测量、非破坏性分析、高速检测、精密分析等领域,在非接触式、非破坏、高速、精密检测方面具有其他方法无比拟地.因此,光电检测技术是现代检测技术最重要地手段和方法之一,是计量检测技术地一个重要发展方向.1.1PIN光探测器地工作原理在PD地PN结间加入一层本征（或轻掺杂）半导体材料（I区），就可增大耗尽区地宽度，减小扩散作用地影响，提高响应速度.由于I区地材料近似为本征半导体，因此这种结构称为PIN光探测器.图（a）给出了PIN光探测器地结构和反向偏压时地场分布图.I区地材料具有高阻抗特性，使电压基本落在该区，从而在PIN 光探测器内部存在一个高电场区，即将耗尽层扩展到了整个I 区控制I 区地宽度可以控制耗尽层地宽度.PIN光探测器通过加入中间层，减小了扩散分量对其响应速度地影响，但过大地耗尽区宽度将使载流子通过耗尽区地漂移时间过长，导致响应速度变慢，因此要根据实际情况折中选取I层地材料厚度.1.2雪崩光电二极管工作原理雪崩光电二极管,具有增益高固有增益可达,灵敏度高、响应速度快地特点,因而可用于检测高速调制地脉冲位置调制光信号.雪崩光电二极管是利用雪崩倍增效应而具有内增益地光电二极管,它地工作过程是在光电二极管地一结上加一相当高地反向偏压,使结区产生一个很强地电场,当光激发地载流子或热激发地栽流子进入结区后,在强电场地加速下获得很大地能量,与晶格原子碰撞而使晶格原子发生电离,产生新地电子一空穴对,新产生地电子一空穴对在向电极运动过程中又获得足够能量,再次与晶格原子碰撞,这时又产生新地电子一空穴对,这一过程不断重复,使一结内电流急剧倍增,这种现象称为雪崩倍增.雪崩光电二极管就是利用这种效应而具有光电流地放大作用.为保证载流子在整个光敏区地均匀倍增,必须采用掺杂浓度均匀并且缺陷少地衬底材料,同时在结构上采用“保护环”,其作用是增加高阻区宽度,减小表面漏电流避免边缘过早击穿,所以有保护环地APD，有时也称为保护环雪崩光电二极管.雪崩光电二极管结构示意图几种雪崩光电二极管地结构,图中（a）是P型N+结构,它是以型硅材料做基片,扩散五价元素磷而形成重掺杂十型层,并在与十区间通过扩散形成轻掺杂高阻型硅,作为保护环,,使一结区变宽,呈现高阻.图(b)是p-i-n结构,为高阻型硅,作为保护环,同样用来防止表面漏电和边缘过早击穿.图表示一种新地达通型雪崩光电二极管记作结构,二为高阻型硅,本图地右边画出了不同区域内地电场分市情况,其结构地特点是把耗尽层分高电场倍增区和低电场漂移区.图(c)中,区为高电场雪崩倍增区,而币义为低电场漂移区.器件在工作时,反向偏置电压使耗尽层从`一结一直扩散到二一边界.当光照射时,漂移区产生地光生载流子电子在电场中漂移到高电场区,发生雪崩倍增,从而得到较高地内部增益,耗尽区很宽,能吸收大多数地光子,所以量子效率也高,另外,达通型雪崩光电二极管还具有更高地响应速度和更低地噪声.暗电流地形成及其影响因素探测器暗电流由五部分部分构成:扩散电流、产生复合电流、欧姆电流、表面复合电流和隧道电流.载流子浓度对器件地暗电流影响：在反向偏置低压时探测器地暗电流主要由产生复合电流构成,偏压再增大时,带与带间隧道电流对暗电流地贡献起主要作用,且光吸收层地载流子浓度对器件地暗电流有很大地影响.GMsIa。
探测器暗电流综述报告
暗电流形成及其稳定性分析综述报告目录光电探测器基本原理 (2)1.1 PIN光探测器的工作原理 (2)1.2雪崩光电二极管工作原理 (3)暗电流的形成及其影响因素 (4)2.1暗电流掺杂浓度的影响 (4)2.1.2复合电流特性 (5)2.1.3表面复合电流特性 (5)2.1.4欧姆电流特性 (5)2.1.5隧道电流特性 (6)2.2结面积和压焊区尺寸对探测器暗电流的影响 (8)2.3腐蚀速率和表面钝化工艺对探测器暗电流的影响 (10)2.4温度特性对暗电流影响 (11)暗电流稳定性分析小结 (12)参考文献 (13)光探测器芯片处于反向偏置时，在没有光照的条件下也会有微弱的光电流，被称为暗电流，产生暗电流的机制有很多，主要包括表面漏电流、反向扩散电流、产生复合电流、隧穿电流和欧姆电流。
本文就将介绍光电探测器暗电流形成及其稳定性分析，并介绍了一些提高稳定性的方案，讨论它们的优势与存在的问题。
光电探测器基本原理光电检测是将检测的物理信息用光辐射信号承载,检测光信号的变化,通过信号处理变换,得到检测信息。
光学检测主要应用在高分辨率测量、非破坏性分析、高速检测、精密分析等领域,在非接触式、非破坏、高速、精密检测方面具有其他方法无比拟的。
因此,光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一,是计量检测技术的一个重要发展方向。
1.1 PIN光探测器的工作原理在PD的PN结间加入一层本征（或轻掺杂）半导体材料（I区），就可增大耗尽区的宽度，减小扩散作用的影响，提高响应速度。
由于I区的材料近似为本征半导体，因此这种结构称为PIN光探测器。
图（a）给出了PIN光探测器的结构和反向偏压时的场分布图。
I区的材料具有高阻抗特性，使电压基本落在该区，从而在PIN 光探测器内部存在一个高电场区，即将耗尽层扩展到了整个I区控制 I 区的宽度可以控制耗尽层的宽度。
PIN光探测器通过加入中间层，减小了扩散分量对其响应速度的影响，但过大的耗尽区宽度将使载流子通过耗尽区的漂移时间过长，导致响应速度变慢，因此要根据实际情况折中选取I层的材料厚度。
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暗电流形成及其稳定性分析综述报告目录光电探测器基本原理 (2)1.1 PIN光探测器的工作原理 (2)1.2雪崩光电二极管工作原理 (3)暗电流的形成及其影响因素 (4)2.1暗电流掺杂浓度的影响 (4)2.1.2复合电流特性 (5)2.1.3表面复合电流特性 (5)2.1.4欧姆电流特性 (5)2.1.5隧道电流特性 (6)2.2结面积和压焊区尺寸对探测器暗电流的影响 (8)2.3腐蚀速率和表面钝化工艺对探测器暗电流的影响 (10)2.4温度特性对暗电流影响 (11)暗电流稳定性分析小结 (12)参考文献 (13)光探测器芯片处于反向偏置时，在没有光照的条件下也会有微弱的光电流，被称为暗电流，产生暗电流的机制有很多，主要包括表面漏电流、反向扩散电流、产生复合电流、隧穿电流和欧姆电流。
本文就将介绍光电探测器暗电流形成及其稳定性分析，并介绍了一些提高稳定性的方案，讨论它们的优势与存在的问题。
光电探测器基本原理光电检测是将检测的物理信息用光辐射信号承载,检测光信号的变化,通过信号处理变换,得到检测信息。
光学检测主要应用在高分辨率测量、非破坏性分析、高速检测、精密分析等领域,在非接触式、非破坏、高速、精密检测方面具有其他方法无比拟的。
因此,光电检测技术是现代检测技术最重要的手段和方法之一,是计量检测技术的一个重要发展方向。
1.1 PIN光探测器的工作原理在PD的PN结间加入一层本征（或轻掺杂）半导体材料（I区），就可增大耗尽区的宽度，减小扩散作用的影响，提高响应速度。
由于I区的材料近似为本征半导体，因此这种结构称为PIN光探测器。
图（a）给出了PIN光探测器的结构和反向偏压时的场分布图。
I区的材料具有高阻抗特性，使电压基本落在该区，从而在PIN 光探测器内部存在一个高电场区，即将耗尽层扩展到了整个I区控制 I 区的宽度可以控制耗尽层的宽度。
PIN光探测器通过加入中间层，减小了扩散分量对其响应速度的影响，但过大的耗尽区宽度将使载流子通过耗尽区的漂移时间过长，导致响应速度变慢，因此要根据实际情况折中选取I层的材料厚度。
1.2雪崩光电二极管工作原理雪崩光电二极管,具有增益高固有增益可达,灵敏度高、响应速度快的特点,因而可用于检测高速调制的脉冲位置调制光信号。
雪崩光电二极管是利用雪崩倍增效应而具有内增益的光电二极管,它的工作过程是在光电二极管的一结上加一相当高的反向偏压,使结区产生一个很强的电场,当光激发的载流子或热激发的栽流子进入结区后,在强电场的加速下获得很大的能量,与晶格原子碰撞而使晶格原子发生电离,产生新的电子一空穴对,新产生的电子一空穴对在向电极运动过程中又获得足够能量,再次与晶格原子碰撞,这时又产生新的电子一空穴对,这一过程不断重复,使一结内电流急剧倍增,这种现象称为雪崩倍增。
雪崩光电二极管就是利用这种效应而具有光电流的放大作用。
为保证载流子在整个光敏区的均匀倍增,必须采用掺杂浓度均匀并且缺陷少的衬底材料,同时在结构上采用“保护环”,其作用是增加高阻区宽度,减小表面漏电流避免边缘过早击穿,所以有保护环的APD，有时也称为保护环雪崩光电二极管。
雪崩光电二极管结构示意图几种雪崩光电二极管的结构,图中（a）是P型N+结构,它是以型硅材料做基片,扩散五价元素磷而形成重掺杂十型层,并在与十区间通过扩散形成轻掺杂高阻型硅,作为保护环,,使一结区变宽,呈现高阻。
图(b)是p-i-n结构,为高阻型硅,作为保护环,同样用来防止表面漏电和边缘过早击穿。
图表示一种新的达通型雪崩光电二极管记作结构,二为高阻型硅,本图的右边画出了不同区域内的电场分市情况,其结构的特点是把耗尽层分高电场倍增区和低电场漂移区。
图(c)中,区为高电场雪崩倍增区,而币义为低电场漂移区。
器件在工作时,反向偏置电压使耗尽层从`一结一直扩散到二一边界。
当光照射时,漂移区产生的光生载流子电子在电场中漂移到高电场区,发生雪崩倍增,从而得到较高的内部增益,耗尽区很宽,能吸收大多数的光子,所以量子效率也高,另外,达通型雪崩光电二极管还具有更高的响应速度和更低的噪声。
暗电流的形成及其影响因素探测器暗电流由五部分部分构成:扩散电流、产生复合电流、欧姆电流、表面复合电流和隧道电流。
载流子浓度对器件的暗电流影响：在反向偏置低压时探测器的暗电流主要由产生复合电流构成,偏压再增大时,带与带间隧道电流对暗电流的贡献起主要作用,且光吸收层的载流子浓度对器件的暗电流有很大的影响。
结面积和压焊区尺寸对探测器暗电流影响：电极压焊区的大小及位置相关的表面漏电对探测器暗电流的影响不大,结区暗电流仍为器件暗电流的主要分量。
腐蚀速率和钝化技术对暗电流影响：腐蚀台面时腐蚀速率稍大, 侧向钻蚀较明显, 这会影响钝化层的淀积, 使部分有源区侧壁没有覆盖到钝化层, 而磁控溅射制作电极时, 金属与这些没有受到钝化保护的有源区形成肖特基势垒。
肖特基势垒的电流输运机制很多, 其中一种机制是吸收层中含有许多位错缺陷, 这些位错缺陷会协助载流子通过隧穿方式穿越势垒而到达金属, 其电流表达式近似为I =Is exp(βV)。
温度特性对暗电流影响：零偏时,光电流在20℃以下随着温度的上升而变大,符合相关理论;但是,温度高于20℃后,光电流随温度增加的变化很小,甚至在升温时电流值略有下降。
2.1暗电流掺杂浓度的影响在忽略其他因素的条件下,双异质结In0.53Ga0.47As探测器暗电流由四部分构成:扩散电流、产生复合电流、欧姆电流、表面复合电流和隧道电流。
2.1.1扩散电流特性扩散电流起源于耗尽区边缘p区和n区热激发产生的少数载流子向耗尽层的扩散。
这里所模拟的器件是基于我们实际研制的p+-i-n+异质结台面结构,p区为重掺杂InP层,InP材料ni较小,扩散电流与n2i成正比,所以,p区向耗尽层的扩散电流可忽略不计,在此,只考虑In0.53Ga0.47As层向耗尽层的扩散电流。
表达式如下:式中:ni为本征载流子浓度,Dp为i区中空穴扩散系数,τp为i区中空穴的寿命,Nd为i区的掺杂浓度,A是耗尽层与p区和i区的接触面积,V为探测器所加偏压。
产生复合电流起源于势垒区热激发产生的载流子在电场作用下向势垒区两边的漂移运动,如式(2)所示:式中:q为电子电量,τeff是有效载流子寿命, W为耗尽层宽度,W=[2εj(Vb+ V)/ qNd] 1/2,εj为i层介电常数, Vb为内建电势差, Vb=(kT/ q)In(Pp0/Pn0),Pp0为p区空穴浓度,Pn0为n区空穴浓度。
2.1.3表面复合电流特性表面复合电流是由于器件表面的热激发产生的载流子在电场作用下的漂移运动产生的表达式如下所示:式中:S为表面复合速度。
由式(3)可以看出Is与ni成正比,ni又与exp(- Eg/2kT)成正比,Eg为材料禁带宽度。
所以一般在器件结构中采用宽禁带的半导体层来制作帽层以减小表面暗电流。
2.1.4欧姆电流特性欧姆电流表达式为式中,Reff 为有效电阻,Ro 为理想的异质结阻抗,Rs 是由表面漏电流引起的并联电阻 , Rd由有源区的位错引起的并联电阻隧道电流主要起源于载流子穿过禁带的隧道效应,电压较高时,隧道电流将决定探测器的暗电流。
隧道电流分为带与带间隧道电流和缺陷隧道电流,分别如式(4),(5)所示:参数γ决定于隧穿载流子的始态与终态,对于带与带间隧道电流,γ=[(2 meEg)1/2 q3 EmV/4π2η2],me是InGaAs导带电子的有效质量,对于In0.53Ga0.47As材料,me= 0.034 m0,m0是电子静止质量,Eg为In0.53Ga0.47As 禁带宽度,Em是耗尽层电场强度,Em= 2(V+ Vb)/ W,Θ=α(2 me/ m0)1/2,α决定于隧穿势垒的具体形状,C1、C2为隧穿常数,Et为缺陷隧穿势垒。
其中τeff,Θ,S,C1,C2为可调参数。
我们以扩散电流,产生复合电流、表面复合电流和隧道电流来模拟计算探测器(结构与实测器件结构相同)在反向偏压下的暗电流。
计算中所用到的参数数值在表1中列出。
模拟结果如图1所示：图1 暗电流分量随反向偏压变化的模拟结果实测数据及其与模拟结果的比较如图2所示,由图2可以看出,模拟结果较好地反映了实测结果的变化趋势。
说明In0.53Ga0.47As探测器在反向偏压下的暗电流特性。
分析图中曲线可以发现,In0.53Ga0.47As探测器暗电流随反向偏压变化有几个明显不同的区域。
综合以上分析可以看出,对In0.53Ga0.47As探测器,在反向偏置低压时探测器的暗电流主要由产生复合电流构成,偏压再增大时,带与带间隧道电流对暗电流的贡献起主要作用,且In0.53Ga0.47As光吸收层的载流子浓度对器件的暗电流有很大的影响。
此外由于材料及器件参数受生长条件,工艺处理等因素的影响,计算结果与实测结果仍存在着一定偏差。
2.2结面积和压焊区尺寸对探测器暗电流的影响为分析探测器的结面积对In0.53Ga0.47As PIN·343·探测器反向偏压下的暗电流的影响,我们制作了3种不同结面积(直径分别为50μm,100μm,150μm)的In0.53Ga0.47As PIN台面探测器,i层掺杂浓度为5× 1016 cm- 3,并分别测量了三者在室温(293 K)反向偏置下的I-V特性,如图3所示。
由图可看出, 结面积越大,探测器反向偏压下的暗电流越大,这与预期相符。
在反向偏压为5 V时,结面直径为50μm的器件暗电流为4.02× 10- 9 A,结面直径为100μm的器件暗电流为1.1× 10- 8 A,结面直径为150μm的器件暗电流为3.25× 10- 8 A。
在反向偏压为20 V时,结面直径为50μm的器件暗电流为8.5×10- 7 A,结面直径为100μm的器件暗电流为2.54×10- 7 A,结面直径为150μm的器件暗电流为7.13× 10- 7 A。
三者存在着一定的比例关系,在反向偏压为5 V时三者比例为1∶2.7∶8.1,在反向偏压为20 V时,三者的比例为1∶2.9∶8.39,与其结面积之比1∶4∶9有较好的相关性,这说明对我们的器件结区的暗电流在总暗电流中仍起主要作用,但表面和压焊电极的漏电也有一定影响。
本节从理论和实验上分析了In0.53Ga0.47As/InP探测器在不同掺杂浓度及反向偏压下的暗电流特性,结果表明在低偏压处产生复合电流起主要作用,偏压增大时,隧道电流对探测器暗电流的贡献起主要作用,且In0.53Ga0.47As层的载流子浓度对探测器反向偏压下暗电流有很大的影响,当载流子浓度由5×1016 cm- 3减小到5× 1015 cm- 3时,10 V偏压下的暗电流约减小3倍。