HgCdTe环孔pn结光伏探测器暗电流机制
太阳电池暗电流的研究
要有以下原因:
在外电路上有—个流入N区的反向电流,它是由少数载流子的漂移运
1)湿法刻蚀溶液粘度不足,主要表现为刻蚀液中H2S04的浓度
动形成的。由于少数载流子是由本征激发而产生的,在温度一定的情况
偏低:2)化学成分配比不适合;3)刻蚀槽流量过大;4)排风量调节
下,熟激发产生的少子数量是一定的,电流趋于恒定。太阳能电池片可
一样,是影响电池成品合格率的两大主要因素之一。这些电池产生的原
23人工污染的原因
因多种多样极其复杂,我们经过长期大量的实验,分析了暗电流高与
主要是人手接触硅片导致硅片受到污染.污染物主要是钠离子。下
5A电池产生的具体原因,并在生产中提出了相应的解决办法。
表中数据为制绒、扩散工序均采用机械手装卸载和制绒、扩散工序均采
22..3湿法刻蚀工艺
扩散电流趋近于零,但是由于结电场的增加,使得N区和P区中的少
湿法刻蚀造成电池暗电流偏高的—个重要原因是刻蚀边缘较大,PN
数载流子更容易产生漂移运动。在这种情况下,PN结内的电流由起支
结遭到破坏,导致镀膜印刷烧结后漏电。湿法刻蚀的硅片,边缘较大主
配作用的漂移电流决定。漂移电流的方向与扩散电流的方向相反,表现
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1.学位论文 王粒子 CMOS光电探测器暗电流削减技术研究和相关电路设计 2007
随着半导体技术和市场的持续发展,数码相机及摄像机等器材中,CMOS主动像素传感器Active Pixel Sensor(APS)正在越来越广泛的得到应用。与 传统的CCD器件相比较,APS图像传感器由于其低成本,易制造(通用于一般的CMOS制造工艺),低功耗,集成度高(可在同一芯片中实现A/D转换,信号处 理,自动增益控制,精密放大和存储功能)等明显的优势而越来越有取而代之的趋势。
硅基HgCdTe光伏器件的暗电流特性分析
为中 态 现, 陷 辅 隧 流, : 间 实 即 阱 助 穿电 〔们 一 o 1召-F rl 互:() 几 二一 二 2 m 矿( V七P , A, 2从 : 气一 ) 左竺a\ x I一 , 浮 二 h E一 t , :E ( ) \ 8 尸 口 七 1 程
式中, 为耗尽区陷阱浓度; 为陷阱能级; t N . E p是
(. 1中国科学院上海技术物理研究所, 2 刃 3 . 上海 侧 8汉 中国科学院研究生院, 1刀 9 北京 以 3)
摘 要: 对硅墓HCj 中 gde 波器件进行了变温电流电压特性的测试和分析。测量温度从3K r 0 到20 , 4 K 得到R 对数与 。 温度的1x T 砚 〕 的实验曲线及拟合结果。同时选取印K 8K 1 K 洲/ 、 及 1 0 0 下动态阻 杭R与电 V 压 的曲线进行拟合分析。研究表明 在我们器件工作的温度点8K 零偏. 0 , 压附近主要的电 流机制是产生复合电 流和陷阱辅助隧穿电流。要提高器件的水平, 必须降低 陷阱 辅助隧穿电 流和产生复合电流对暗电 流的贡献。 关健词: 硅基;邪de变温; 流 H T; 暗电
4 1 不同温度下动态阻抗 R与偏置电压 V的关系 .
石 0 州以 . 幻E 扭
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. 止
从图2 线可知, 4K 实验曲 从2 直到1 K凡 o 0 5 ,
随温度变化明 而且 R 与 lT 显, 。 / 呈指数线性关系; 从 1 K到6K凡 随温度下降缓慢上升; K以下 0 5 0 , 0 6 R 变化相对较小, 。 随温度下降仅有小幅上升。在热 电流是主要的暗电 流机制范围内, 对凡一仪 / 半 1旧T 对数 曲线进行线性拟合, 出 R 确实正 比于 得 。
v1 .1 e e o 3 5即】 川 . 1 m 7
pn结光电探测器工作原理
PN结光电探测器是一种常见的光电转换器件,它利用PN结的光电效应来将光信号转换为电信号。
其工作原理如下:
1. PN结形成:PN结由两种半导体材料(P型和N型)的结合而成。
在PN结的界面处形成一个耗尽区域,其中P型区域富含正电荷(空穴),N型区域富含负电荷(电子)。
2. 光照射:当光照射到PN结上时,光子能量可以激发PN结中的电子-空穴对。
光子的能量要大于材料的带隙能量,才能产生有效的光电效应。
3. 光电效应:被激发的光电子和空穴会分别被电场推动,电子向N 区移动,空穴向P区移动。
这样就在PN结中形成了光生载流子。
4. 电流产生:由于PN结存在内建电场,光生载流子会沿着电场方向分离,形成光电流。
光电流的大小与光照强度有关。
5. 电路输出:光电流通过外部电路引出,可以测量和放大,最终转变为与光照强度成正比的电信号。
总结起来,PN结光电探测器的工作原理是通过光照射激发PN结中的光电子和空穴,在内建电场的作用下形成光生载流子,并产生光电流。
通过测量光电流的大小,可以获得与光照强度相关的电信号。
这使得PN结光电探测器在光通信、光传感等领域具有广泛的应用。
暗电流(光伏)
暗电流报告太阳电池在无光照条件下相当于一个整流二极管,当给它加一个方向偏压时(p区接负,n区接正),外加电压与其内建电势差方向相反,使得内建场势垒高度增加,势垒宽度也增加,于是n区中的电子及p区中的空穴都难以向对方扩散,扩散电流趋近于0,但是由于结电场的增加,增强了少子的漂移作用,把n区中的空穴驱向p区,而把p区中的电子拉向n 区,在结中形成了由n指向p的反向电流,由于少数载流子是由本证激发产生的,数目比较少,所以反向电流一般都比较小,在一定温度T下,由于热激发而产生的少数载流子数量是一定的,电流值趋于恒定,这时的反向电流就是反向饱和电流,如下图第三象限,显示了p-n结的反向电流特性。
p-n的整流特性和太阳电池的明暗特性(p-n结的整流特性和太阳电池的暗特性相同,受照明时暗特性曲线下移,成为明特性曲线)当p-n结两端的反向电压加到一定数值时,反向电流或突然增加,这个现象称为p-n结反向击穿,p-n结击穿后电流很大。
产生p-n结击穿的原因是,在强电场作用下,大大地增加了自由电子和空穴的数目,引起反向电流的急剧增加,这种现象的产生分为雪崩击穿和齐纳击穿两种类型。
雪崩击穿:当p-n结反向电压较高时,结内电场很强,使得在结内作漂移运动的少数载流子获得很大的动能。
当它与结内原子发生直接碰撞时,将原子电离,产生新的"电子一空穴对"。
这些新的"电子一空穴对",又被强电场加速再去碰撞其它原子,产生更多的"电子一空穴对"。
如此链锁反应,使结内载流子数目剧增,并在反向电压作用下作漂移运动,形成很大的反向电流,这种击穿称为雪崩击穿。
雪崩击穿的物理本质是碰撞电离,它的击穿电压一般在8-1000V。
齐纳击穿(隧道击穿):齐纳击穿通常发生在掺杂浓度很高的p-n结内。
由于掺杂浓度很高,p-n结很窄,这样即使施加较小的反向电压(5V以下),结层中的电场却很强(可达10V/cm左右)。
MMVCX光伏型HgCdTe中波探测器暗电流温度特性
l e n g t h Hg Cd T e i n f r re a d p h o t o v o l t a i c d e t e c t o r .A s i mu l t a n e o u s — mo d e n o n l i n e a r i f t t i n g p r o g r a m f o r , l — o n —
2 . N a t i o n a l L a b o r a t o r y f o r I n f r a r e d P h y s i c s ,S h a n g h a i I n s t i t u t e o f T e c h n i c a l P h y s i c s ,
D O I : 1 0 . 1 1 9 7 2 / j . i s s n . 1 0 0 1— 9 0 1 4 . 2 0 1 7 . 0 3 . 0 0 8
MMVC X 光 伏 型 Hg C d T e中 波 探 测 器 暗 电 流 温 度 特 性
王 鹏 , 何家 乐 , 许 娇 , 吴明 在h, 叶 振华 , 丁 瑞军 , 何 力
Pa r a me t e r s e x t r a c t i o n f r o m t h e d a r k c ur r e n t c ha r a c t e r i s t i c s 0 f mi d- wa v e l e n g t h Hg Cd Te p h o t o d i o d e a f t e r a n n e a l i n g
( 1 . 安徽 大学 物理与材料科学学 院, 安徽 合肥 2 3 0 6 0 1 ;
2 0 0 0 8 3 ) 2 . 中国科学院上海技术物理研究所红外物理 国家重点实验室 , 上海
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 )
光伏探测器的原理与应用
光伏探测器的原理与应用1. 原理介绍光伏探测器(Photovoltaic Detector)是一种将光能直接转化为电能的器件。
它利用光电效应原理,将吸收的光子能量转化为电荷或电压信号。
光伏探测器是光电探测器的一种重要类型,广泛应用于光通信、光谱分析、环境监测、太阳能电池等领域。
主要的光伏探测器类型包括:光电二极管、光电导、光电晶体管、光电效应晶体管、光电倍增管等。
下面将逐一介绍这些光伏探测器的原理和应用。
1.1 光电二极管光电二极管是一种最简单的光伏探测器,它基于PN结的正常工作原理。
当光线照射到PN结上时,光子能量会激发光伏效应,产生电子-空穴对。
这些电子-空穴对将会在电场的作用下分离,形成电流。
在应用方面,光电二极管常用于光通信、显示器亮度控制、光照度测量等领域。
由于光电二极管的结构简单,成本低廉,并且灵敏度较高,因此被广泛应用于各种光电设备中。
1.2 光电导光电导(Photocunductor)是利用半导体材料的光电效应原理制成的光伏探测器。
它的结构类似于晶体管,但没有PN结。
光电导的导电性随着入射光的强度而改变,当光照射到光电导的表面时,导电性增加,产生电流。
光电导具有光响应速度快、灵敏度高的优点。
它常用于图像传感、光谱仪、精密测量等领域。
1.3 光电晶体管光电晶体管(Phototransistor)是一种将光信号转化为电信号的光伏探测器。
它由普通晶体管和光敏元件组成。
当光照射到光电晶体管的敏感区域时,光子能量被转化为电子信号,通过晶体管的放大作用,得到较大的电流输出。
光电晶体管具有灵敏度高、应用范围广的特点。
它常用于光照度测量、光谱分析、自动控制等领域。
1.4 光电效应晶体管光电效应晶体管(Photovoltaic Transistor)是将光电二极管和晶体管相结合的光伏探测器。
它不仅能够将光能转化为电能,还可以放大信号。
光电效应晶体管的输出可以直接连接到数字电路或模拟电路中使用。
光电效应晶体管广泛应用于光通信、图像传感、光电测量等领域。
HgCdTe环孔p-n结光伏探测器暗电流机制
第36卷,增刊红外与激光工程2007年6月v01.36S u ppl eI n ent I】匝f1.aIed a nd I。
a s er Engi nee血g Jun.2007H gC dTe环孔p-n结光伏探测器暗电流机制李欣,王淑芬,毛京湘,赵晋云(昆明物理研究所,云南昆明650223)摘要:p—n结厶y特性是红外光伏探测器的一个重要指标,它直接决定了探测器的动态电阻和热噪声,决定了探测器的性能。
实验主要对离子刻蚀环孔p.n结H gcdTe长波光伏探测器进行变温厶y 特性测试分析。
通过对测试实验数据拟合,从理论上计算了探测器在不同温度及不同偏压下的暗电流,得到一些相关的材料和器件性能参数。
希望利用分析计算结果了解工艺中存在的问题,对改进工艺及提高器件性能提供理论依据。
关键词:暗电流;碲镉汞;光伏探测器;实验分析;模拟计算中圈分类号:TN215文献标识码:A文章编号:1007—2276(2007)增(器件)一0189。
04D a r k cur r ent char act er i s t i cs of H gC d’I’e phot oV ol t ai cdet ect or s w i t h annul ar aper t uI.e p-n j unct i on。
UⅪn,W A N G Shu-f en,M A O J i ng—xi aIl g,Z H A O Ji n—yun(K unI Tli ng I I l st i t ut e of Pl l ys i cs’K u rl II l i n g650223,C hi咖A bs t ra c t:’I he J—y char ac t er i s t i c of p-n t i e i s a Il i m por t ant l ndi ca t or of phot0V ol t alc det ect or.ndet enl l i nes t he dyn砌c r es i st a nc e,J ohns on noi s e and m e pem咖ance of m e det ec t or di re ct l y.T色m per at Il re V a r i abl e^y char act er i st i c s of H gC dT b l o ng w aV e pho t oV ol t ai c det ect or w l l i ch us ed i on et chi ng annu l ar叩er tⅢ.e p—n j unct ion ar e m ea sur ed aJl d anal yzed.D et ect or7s d砌(cur r ent und er di ff er ent t em per at ur e and V ol t age by m odel i ng c al cul a t i on of exper i m ent al dat a is ca l c ul at e d,a Il d s om e pe响r r nance par am et er a_bout m at eri al o r det e ct or ar e obt ai ned.For m aki ng us e of m e r e sul t of a na l ys i s c aJ cul a t i on t o fi nd probl锄s w K ch exi s t i n t echnol ogy,幽舶re矗cal r e舡al l ce f or i m pr oV i ng妣hIl ol ogy and ra i s i ng pe哟nr l ance of m e de t ec t or ar e pr oV i de d.K e y w or ds:D a r k c urr e nt char a ct edst i c;H gC dT e;Ph ot oV ol t ai c d朗}ct or;Ex耐m ent锄alyses;M odehng c al c ul at i onO引言近年来,由于战略和战术上的强烈需求,H gC dTe 红外探测器得到了快速发展。
光伏型碲镉汞长波探测器暗电流特性的参数提取研究
Ke r s H C T MC ) p o doe akcr n; aa tr x at n ywod : g d e( T ; ht id ;d u et p me t c o o r r eer i
引言
由于其优 良的性能 , 光伏型碲镉汞 ( C ) M T 探测 器成 为 目前 最 重 要 的一 种 红 外 探 测 器 ’. 镉 汞 lJ碲 2
光 伏 型 碲 镉 汞 长 波探 测 器 暗 电流 特 性 的参 数 提 取研 究
全知 李 觉, 志锋, 伟达, 叶 胡 振华, 卫 陆
( 中国科 学院上海技术物理研究所 红外 物理 国家重点实验室 , 上海 2 0 8 ) 00 3 摘要 : 报道 了一种适用 于碲镉汞长波光伏探测器 的 由典 型 电阻电压( - ) R V 曲线提 取器件 基本特征 参数 的数据 处理 途径. 拟合程序 中采用 的暗电流机制包括 了扩散 电流机 制, 生复合 电流机制 , 产 陷阱辅助 隧穿机制 以及带到 带直接 隧穿 电流机 制. 文详细地 给 出了该拟合计算所采用 的方法和途径 , 本 分析 了拟合参数 的误差 范 围. 过对 实际器件 通 的 R V特 性 曲线 的拟合计算 , 出了实 际器件 的基本特 征参数 , . 给 验证 了该 数据处理途径 的实用 性.
c a a t r t s me s r d i o g w v ln t Cd e p o o id . T i u v - t n d li cu e h i u i n,g n r - h c ei i a u e n ln - a ee g h Hg T h t do e r sc h s c r e f t g mo e n l d s t e df so ii e e a t n r c mb n t n,ta - s it d t n ei g n a d t- a d t n ei g c re t a ak c re tme h n s . T e f tn i -e o i ai o o r p a ss n l ,a d b n - b n u n l u r n s d r u n c a ims h i i g e u n o n t
光伏探测器的原理与应用
光伏探测器的原理与应用光伏探测器是一种利用光电效应将光能转化为电能的器件。
光电效应是指当光照射到物质上时,能够使该物质中的电子获得足够的能量,从而从固体表面逸出的现象。
光伏探测器通常由半导体材料制成,具有高灵敏度和快速响应的特点,因此被广泛应用于光学系统、光通信、太阳能电池等领域。
光伏探测器的工作原理基于光电效应。
当光照射到探测器表面时,光子打击材料中的电子,使得电子跃迁到导带中,从而在导电材料中形成电子空穴对。
这样产生的电子空穴对将导致光伏探测器两端的电压产生偏移,产生电流。
探测器的材料结构和器件结构会决定其特性参数,如响应速度、灵敏度等。
1.光通信和光网络:光伏探测器被用作光通信系统中的光检测器,用于接收和转换光信号为电信号。
它们具有高速响应和低噪声的特性,可以实现高速、远距离的光信号传输。
2.光谱分析:光伏探测器可以用于分析物质的光谱特性。
根据材料对不同波长光的吸收特性,可以测量物质的组成、浓度、结构等信息。
3.激光测距和测速:光伏探测器可以用于通过测量光信号的时间延迟来实现精确的激光测距。
它们也可以用于测量移动物体的速度,通过测量多次接收到的光信号的时间差来计算速度。
4.太阳能电池:光伏探测器的最重要应用之一是太阳能电池。
太阳能电池利用光电效应将太阳能转化为电能。
光伏探测器在太阳能电池中起到接收太阳光并产生电流的作用。
5.红外成像:红外光伏探测器可以用于红外成像系统,用于检测和测量热量辐射,用于热成像、夜视、安防等领域。
总之,光伏探测器的原理是基于光电效应,将光能转化为电能。
它们具有高灵敏度和快速响应的特点,并且在光学系统、光通信、太阳能电池等领域有着广泛的应用。
随着技术的进一步发展,光伏探测器的性能还将不断提高,并且在更多的领域中得到应用。
光伏组件问题系列总结——暗电流,反向电流,漏电流的区别
光伏组件问题系列总结——暗电流,反向电流,漏电流的区别光伏组件问题系列总结——暗电流,反向电流,漏电流的区别1.0绪论电池片内部存在多种电流,如暗电流、反向电流、漏电流等。
各种电流都对组件的功率有或大或小的影响,区分各种电流的特性,能够排查引起组件功率异常的原因,有助于问题的彻底解决。
2.0暗电流暗电流(Dark Current)也称无照电流,是指P-N结在反偏压条件下,没有入射光时产生的反向直流电流。
一般由于载流子的扩散产生或者器件表面和内部的缺陷以及有害的杂质引起。
扩散产生的原理是在PN结内部,N区电子多,P区空穴多,因为浓度差,N区的电子就要向P区扩散,P区的空穴要向N区扩散,尽管PN结内建电场是阻止这种扩散的,但实际上这中扩散一直进行,只是达到了一个动态的平衡,这是扩散电流的形成。
另外当器件的表面和内部有缺陷时,缺陷能级会起到复合中心的作用,它会虏获电子和空穴在缺陷能级上进行复合,电子和空穴被虏获到缺陷能级上时,由于载流子的移动形成了电流,同样有害的杂质在器件中也是起到复合中心的作用,道理和缺陷相同。
暗电流一般在分选硅片时要考虑,如果暗电流过大能说明硅片的质量不合格,如表面态比较多,晶格的缺陷多,有存在有害的杂质,或者掺杂浓度太高,这样的硅片制造出来的电池片往往少子寿命低,直接导致了转换效率低!对单纯的二极管来说,暗电流其实就是反向饱和电流,但是对太阳能电池而言,暗电流不仅仅包括反向饱和电流,还包括薄层漏电流和体漏电流。
3.0反向饱和电流反向饱和电流指给PN结加一反偏电压时,外加的电压使得PN结的耗尽层变宽,结电场(即内建电场)变大,电子的电势能增加,P区和N区的多数载流子(P区多子维空穴,N区多子为电子)就很难越过势垒,因此扩散电流趋近于零,但是由于结电场的增加,使得N区和P区中的少数载流子更容易产生漂移运动,因此在这种情况下,PN 结内的电流由起支配作用的漂移电流决定。
漂移电流的方向与扩散电流的方向相反,表现在外电路上有一个留入N区的反向电流,它是由少数载流子的漂移运动形成的。
HgCdTe红外探测器性能分析
50
50
100
150 T (K)
200
250
300
图1
截止波长为 3 m 的碲镉汞探测器,探测率随探测器工 作温度变化,水平线给出的是,波长为 3 m,视场角 时 300 K 背景限制下的探测率(BLIP)
图2
截止波长为 5 m 的碲镉汞探测器,探测率随探测器工 作温度变化,水平线给出的是,波长为 5 m,视场角 时 300 K 背景限制下的探测率(BLIP)
10
17 16 15 14 13 12 11 10 9
18
= 3 m
c
10 D (cmHz / W) 10 10 10 10 10 10
= 5 m
c
BLIP: 300K, 3 m 10 10 10 10
16
BLIP: 300K, 5 m
14
*
12
10
*
1/2
10 100 150 T (K) 200 250 300
bkg
d
2 物理机理与计算结果讨论
当背景辐射产生的随机起伏噪声大于探测器材 料内部载流子热激发产生的噪声时,探测器性能便达 到了背景辐射噪声限制下的探测率极限,通常称为背 景限。背景辐射随机起伏噪声是探测器性能的一个限 制因素,它来自探测器的外部,并非是探测器自身的 内部限制因素。热探测器和光子探测器最根本的性能 限制因素是探测器材料内部热激发产生的热噪声。然 而,这种热噪声的大小与探测器本身的温度直接相 关。降低探测器的温度,就可以减小探测器本身的热 激发噪声,从而提高探测器的灵敏度。 客观地评估红外热探测器的性能,就必须依据探 测器最基本的物理限制机理:热激发噪声。在此基础 上导出的探测率与温度的关系有着明确的物理意义: 探测器必须在此温度或低于此温度工作,才可能达到 背景随机起伏噪声限制下的探测率。因为,任何处于 平衡的物体,都存在与之平衡的黑体辐射,频率足够 高的黑体辐射在晶体中传播的过程中,不断被吸收, 产生电子、空穴对。半导体热平衡时的电子、空穴对 的产生率正是通过晶体吸收的黑体辐射而激发的。 图 1 给出以 300 K 为辐射背景, 截止波长为 3 m 的碲镉汞热探测器,其探测率随工作温度的变化。在 背景辐射温度为 300 K 时,对截止波长为 3 m 的碲 镉汞热探测器, 当探测器的工作温度为 205 K 左右时, 探测率达到了背景限制的探测率性能: 1.14 × 1012 - cmHz1/2W 1,这时,若提高探测器的工作温度,探测 率将随温度的上升而急剧下降;但另一方面,如果继
碲镉汞雪崩光电二极管的工作原理
碲镉汞雪崩光电二极管的工作原理下载提示:该文档是本店铺精心编制而成的,希望大家下载后,能够帮助大家解决实际问题。
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硅基HgCdTe光伏器件的暗电流特性分析
在 精确 打击 武 器 系统 的 需求 驱使 下 , 三 代 红 第 外 焦平 面器件 的发展 特点是 更大 规模 、 多光谱 探测 、
陷 阱辅助 隧 穿 电流 和产 生复合 电流对 暗 电流 的贡献 。 关键 词 : 基 ; g d e 变温 ; 电流 硅 H CT ; 暗 中图分类 号 : N 1 T 25 文 献标 识码 : A
Ch r c e ia i n An l ss o r r e t i a a t r z t a y i fDa k Cu r n n o Hg CdTe iPh t d o 3 7卷 增 刊 20 0 7年 9月
激 光 与 红 外
LAS ER & I NFRARED
Vo . 7, up l me t 1 3 S p e n
Spe e ,0 7 e tmb r 2 0
文章 编号 :0 1 08 20 ) 10 - 7 (0 7 增刊-9 10 5 03 - 4
2 G aut c nl f hns cdm f c ne B in 00 9 C ia . rda dSh o o ieeA ae yo i c ,e ig10 3 , h ) e C Se j n
Ab t a t T e c re tv a e c a a tr t sv a t mp r tr fmi ・ v ln t C T / ip oo id s w r a ・ sr c : h u r n - dtg h r ce si i e e au e o d wa ee gh Hg d e S h td o e e e me s - i c - - u e n n lz d. e t mp r tr a g a o 3 K 4 K,a d te c a a tr t f - O 0 a a u e r d a d a ay e T e e au e r n e w sf m 0 t 2 0 h r o n h h r ce si o I 0 /T w s me r d i c R0 s a d a ay e .T e R V c r e o 0 n n z d h — u v f6 K.8 K a d 1 0 e e mo e e sn i e e td k c r n c a ims T e l 0 n K w r d ld u ig df r n a u e tme h s . h 1 r n t e r t a t n fe p r n a aa a 0 e e st e g n r t n・ c mb n t n a d t p- s td t n ei gc r n h oe il f t g o x e me t d t t K r v a h e e ai ・e o i ai n r -s i e u n l u e t c i i i l 8 l o r o a a s n d mi ae o e o n o ・ i e i n Re u t n o e e ain rc mb n t n a d ta — s i e u n l g c re t o n tsf rz r ・a d l w b a r go . s d c i fg n r t ・e o i ai n r p a ss d t n e i u ns o o o t n b ee t g p o e tr n e ie tc n l ge l i r v u e ie p r r n e y s l c n rp rmae a a d d vc e h oo iswi mp o e o rd vc ef ma c . i i l l o
光伏探测器原理
3 光电导器件的光电效应主要依赖于非平衡 载流子中多数载流子的产生与复合运动, 弛豫时间大,响应速度慢,频率响应性能 较差。而光伏器件主要依赖于结区非平衡 载流子中少数载流子的漂移运动,弛豫时 间短,频率特性好。 4 有些器件如APD(雪崩二极管)、光电三 极管等具有很大的内增益,不仅灵敏度高, 还可以通过较大的电流。
PN结的光电导模式 (反偏状态):
光照反偏条件:当入射 光波照射于反偏置PN结 时,产生光生载流子, 少子在增强的内电场的 作用下,形成了大于反 向饱和电流的光电流。 此为光电二极管的工作 原理。
PN结型光伏器件与光电导器件的区别
1 产生光电转换的部位不同。光电导器件不 管哪一部分受光,电导率都会增大;而结型 器件只有光照到其结区,所产生的光生载流 子才能产生有效作用。 2 光电导器件无极性,工作时必须加偏压; 而光伏器件有确定的极性,工作时可以加偏 压,也可以不加偏压,都能把光信号转换成 电信号。
3 光谱特性
光电池的光谱特性主要取决于所用的材料与制作工艺(如 结的深浅),也与使用温度有关。 硅光电池光谱响应范 围0.4-1.1,峰值波长0.8-0.9,硒光电池光谱响应范围 0.34-0.75,峰值波长0.54。
4 频率特性
当光照射光电池时,由于载流子在结区内扩散、 漂移都要有一个时间过程,所以产生的光电流有 滞后于光照变化的现象。
光伏探测器工作原理及工作模式 光生伏特效应:光生伏特效应是光照使不均 匀半导体或均匀半导体中光生电子和空穴在 空间分开而产生电位差的现象。这种现象称 为光生伏特效应。
1、PN结的光生伏特 效应:
2、PN结的工作模式
PN结的光生伏特模式(零偏 状态):
不同钝化结构的HgCdTe光伏探测器暗电流机制
摘要 : 在同一 HgCdTe 晶片上制备了单层 ZnS 钝化和双层 (CdTe + ZnS) 钝化的两种光伏探测器 ,对器件的性能进行 了测试 ,发现双层钝化的器件具有较好的性能. 通过理论计算 ,分析了器件的暗电流机制 ,发现单层钝化具有较高 的表面隧道电流. 通过高分辨 X 射线衍射中的倒易点阵技术研究了单双层钝化对 HgCdTe 外延层晶格完整性的影 响 ,发现单层 ZnS 钝化的 HgCdTe 外延层产生了大量缺陷 ,而这些缺陷正是单层钝化器件具有较高表面隧道电流的 原因.
C=
Sτncosh
d Ln
Sτnsinh
d Ln
+ L nsinh + L ncosh
d Ln d Ln
(2)
其中 L n 是少数载流子的扩散长度.
3. 2. 2 产生2复合电流模型( G2R)
采用简化模型[5 ] :
[ Ig2r ]V < 0
=
qA ni Wdep V
V tτg2r
(3)
[ Ig2r ]V > 0
145
果. 从图中看出 ,在零偏附近 ,两种器件的阻抗由产 生2复合电流决定 ;在中偏的时候 ,两种器件的阻抗 由产生2复合电流和辅助隧道电流决定 ,其中辅助隧 道电流对单层钝化器件的影响更大.
X 衍射仪中的倒易点阵技术 RSM[8~10] 对不同工艺 钝化前后的 HgCdTe 晶片 A 和 B (LPE 生长 , (111) 方 向) 进行了分析 ,发现两者确实存在较大差异.
Idiff
=
qA n2i Na
kT q
×μτnn
1/ 2
碲镉汞红外探测器光电响应特性的机理研究共3篇
碲镉汞红外探测器光电响应特性的机理研究共3篇碲镉汞红外探测器光电响应特性的机理研究1碲镉汞红外探测器(HgCdTe IR Detector)是近年来广泛应用于红外光谱、气体探测等领域的一种高灵敏度及高稳定性的光电器件。
其原理是利用半导体材料中掺入不同浓度的镉元素及汞元素使其形成锗铎锏(HgCdTe)化合物,能带呈现出连续可调节的带隙区域,在红外光谱范围内灵敏度较高。
此外,在能源和环境等方面,HgCdTe也有着广泛的应用前景。
然而,随着红外光谱技术发展的日益成熟,对于碲镉汞红外探测器的光电响应特性研究也更加深入。
光电响应特性是指探测器在外界光照下产生的电信号,特性研究意义在于研究不同光电响应特性下碲镉汞红外探测器的灵敏度及稳定性等性质,并提供理论指导以优化其性能。
机理研究的首要任务即在于对碲镉汞红外探测器内部物理机制进行了深入理解。
首先,当光子击穿碲镉汞红外探测器时,其能量被转化为电荷实体,即电子-空穴对,进而被加速运动至探测器的两侧形成电流信号。
这便是碲镉汞红外探测器产生光电响应的基本机理。
同时,碲镉汞红外探测器的特殊结构对其光电响应特性也产生了直接影响。
其主要结构包括暗电流抑制结构、波导抗反射结构、光电转换结构、读出电路及接口等,其中光电转换结构是探测器光电响应特性的核心。
以HgCdTe作为探测材料的电荷量子化结构,已成为制备高性能探测器结构的基础。
因此,对于碲镉汞红外探测器光电响应特性机理的研究仍然存在着一些待解决的问题与挑战。
例如,探测材料的纯度与掺杂浓度、波导结构及有效面积等结构因素与光电响应特性之间的对应关系尚未得到明确阐述,对于接收系统的灵敏度、分辨率及响应时间等性能的优化仍需要做出更系统、更深入的研究。
总的来说,对于碲镉汞红外探测器光电响应特性机理的研究极具前景,不仅能够提升其在红外光谱、气体探测等领域的应用价值,同时也能够促进半导体材料及技术的研究与发展,推动相关领域的进一步发展和突破综合来看,对碲镉汞红外探测器光电响应特性机理的深入研究对于提高其性能表现,拓展其在不同领域的应用,促进相关材料与技术的进一步发展具有不可忽视的重要性。
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UⅪn,WA NG Shu-fen,MAO Jing—xiaIlg,ZHAO Jin—yun
(KunITling IIlstitute of Pllysics’KurlIIling 650223,Chi咖
Abstract:’Ihe J—y characteristic of p-n tie is aIl important lndicator of phot0Voltalc detector.n
位于空间电荷区的杂质或缺陷可以作为 Shocl【ley—Read型的产生复合中心,从而产生结电流。 尽管空间电荷区的宽度比少子扩散长度小很多,但是 在低温下,这种电流则变得十分重要。这是因为扩散
k删唧[刳
式中:c:±堑堕竺兰篓善哑;vf:%一v;口
ⅣA2
是与缺陷辅助隧穿中心密度相关的参数;毋是缺陷
辅助隧穿中心相对于导带的能级。
2.4直接隧道电流模型
直接隧道电流可用以下公式计算:
,,
、
‰:10五巩;毒expI兰骘l (5)
I(心K)-J
式中:肋指数因子,取值范围为3×1010~4.3×1010
Vf=1,bf-Vb。
3实验结果及讨论
3.1景件Ro与温度r的关系悯 扩散电流和产生复合电流是热电流机制,与温度
的倒数呈指数变化,随着温度的降低电流下降显著, 而隧穿电流机制则与温度的关系不大。所以,可以通 过器件的R对数与温度的1 000/丁实验曲线得到器
噪声,决定了探测器的性能。实验主要对离子刻蚀环孔p.n结HgcdTe长波光伏探测器进行变温厶y
特性测试分析。通过对测试实验数据拟合,从理论上计算了探测器在不同温度及不同偏压下的暗电
流,得到一些相关的材料和器件性能参数。希望利用分析计算结果了解工艺中存在的问题,对改进
工艺及提高器件性能提供理论依据。
关键词:暗电流; 碲镉汞; 光伏探测器; 实验分析; 模拟计算
电常数和HgCdTe相对介电常数;^,’Ⅳ^^WⅣ^+^ID;f 为考虑了表面产生复合影响的空间电荷区载流子寿
命,即考虑了表面漏电的影响:
三一:=一土++—盟L
((r3j)
f乞
A
式中:P,为结区的周长;岛为表面复合速率。
2.3辅助隧道电流模型
辅助隧道电流可用以下公式计算:
在现有材料和器件工艺水平下,HgCdTe光电二 极管的性能会受到过量暗电流的限制。因此,研究光 伏器件的暗电流机构,对研制光伏探测器有很重要的 指导意义。在无光照的情况下,通过p—n结的电流称 为暗电流。这种电流主要有以下来源[2-51:
(2)表面钝化不均匀,导致小偏压下即产生很 大的产生复合电流,从而影响了器件性能。
,
4结论
(1)对采用离子刻蚀成结、环孔互连工艺制备
的MCT光伏探测器暗电流特性进行了测试及理论计 算分析,得到了器件暗电流主要构成机制:对于暗电 流小的器件,在小偏压下(小于150 mV),产生复合 电流为主要的暗电流机制,在150。500 mv范围,陷 阱辅助隧穿电流为主要暗电流机制。为了进一步提高 器件性能,减小暗电流,需进一步提高材料生长质量 及表面处理技术;
一O.3 矿
一O.1
图4.5I.ItFAl2暗电流计算和测试结果 F垮.4 Calculation aIld meaLsurement result of
dark currem for 5I。I.R~12
对比两器件,在同一工艺条件下,暗电流机制存 在着较大的区别,原因可能是:
(1)材料不均匀,且缺陷及杂质较多,导致同 一材料制备的器件隧穿电流起决定作用的温度及偏 压都不相同;
图4是器件5I,I臌12在工作温度时厶y曲线和
各种暗电流机制的拟合结果。从图中可以看出器件在 整个反向偏压下,暗电流机制均由辅助隧道电流决 定,由此也可说明在该温度点下,器件的暗电流已全 由隧道电流决定,与前面实验结果吻合。
O. 一5.O×10 一1.O×lO
~一1.5XlO 一2.O×10 —2.5×10 —3.O×10 一O.5
dyn砌c detenllines the
resistance,Johnson noise and me pem咖ance of me detector directly.T色mperatIlre
Variable^y characteristics of HgCdTb long waVe photoVoltaic detector wllich used ion etching annular
万方数据
增干lJ
李欣等:HgCdTe环孔pn结光伏探测器暗电流机制
191
件隧穿电流起支配作用的温度,从而进一步分析器件 合适的工作温度。
在热电流是主要暗电流机制的温度范围内,即扩 散电流与产生复合电流起主导作用的温度范围内,利 用公式(6)对所测器件5LLFAl2、5LLFAl3的实验 曲线进行拟合计算,得到孙众&及隧穿电流起支 配作用的起始温度丁,拟合曲线如图1、图2所示, 拟合计算结果见表l。
去2志+击 民 (R)m厅。(R)孽
式中: c‰=象(鲁F
@…7
一5 O
一l 0 k
■
一1 5
^v
.O —U叶
i一 O 0o
‘ 一2 O lO
一 2 5 ××X×× l O ■
一O.5
一O.3 矿
一O.1
图3 5I.If’A13暗电流计算和测试结果 Fig.3 Calculation柚d measurement result of
detector are proVided.
d朗}ctor;Ex耐ment锄alyses; Key words:Dark current charactedstic;HgCdTe;PhotoVoltaic
Modehng calculation
O引 言
近年来,由于战略和战术上的强烈需求,HgCdTe 红外探测器得到了快速发展。出现了离子注入、原位 生长及离子刻蚀三种制备工艺,以及多色HgcdTe红
利用激光束感生电流(LBIC)测试,得到探测
元直径为20岬,少子扩散长度为9岫,由此可以
算出结面积(A)为6.28×10曲cm2。 将待测样品用低温胶贴在GM205制冷机的冷头
上,并在冷头上安装冷屏,利用LakeShore340温控 仪及Keithley4200进行20~200 K温度范围内的变温 ■y特性测试。测温精度为+o.03 K,控温精度为±o.3 K 以内,最小测试电流可以达到10。12 A量级。
拟合计算,可以看出器件5I,I,FAl2的孙厶&均比
器件5LLFAl3的差,即器件5LLFAl2的空间电荷区
和表面的产生复合电流比器件5LLFAl3的大。分析 原因有二:
(1)材料缺陷导致器件5LLI认12过早出现隧穿
电流机制; (2)器件5LI,FAl2钝化层缺陷导致器件表面漏
电过大,影响了器件特性。 3.2器件在工作温度时的厶y特性【7{J
裹1器件拟合参数比较 Compa订son Of deVice fitting pa髓mete玮
l
(民)F=一
4%2f
A卯。(2岛乞/叫)2
由图1可知,仅当丁<70 K时,器件5I,I.FAl3
的Ro才随温度降低而基本不变;由图2可知,器件
5LLf’A12当丁<120 K时,器件的Ro由于受到了与温
度关系不大的隧穿电流机制的影响,基本不变。通过
(1)n区和p区的扩散电流; (2)产生一复合电流; (3)辅助隧道电流; (4)直接隧道电流。 2.1扩散电流模型 扩散电流是p—n结二极管的基本电流机制,它产 生于空间电荷区两侧自由电子产生的热电子.空穴对 在少子扩散长度内的产生与复合,可以表达为:
‰=弘若(警]i(exp(詈)一·)㈣
扩散电流不像产生一复合电流或隧道电流那样对 空间电荷区的细节很敏感,在较高温度下,扩散电流 是HgCdTe光电二极管暗电流的主要部分。 2.2产生.复合电流模型
中圈分类号:TN215
文献标识码:A
文章编号:1007—2276(2007)增(器件)一0189。04
Dark current characteristics of HgCd’I’e photoVoltaic
detectors with annular apertuI.e p-n junction
。
probl锄s material or detector are obtained.For making use of me result of analysis caJculation to find wKch exist in technology,幽舶re矗cal re舡allce for improVing妣hIlology and raising pe哟nrlance of me
万方数据
190
红外与激光工程:红外探测器及其在系统中的应用
第36卷
1实验方法
采用p型HgCdTe薄膜材料,利用离子刻蚀成结的 方式制备8×8元n+一on-p型光伏探测器。材料p区载流 子浓度(尸0)为5.3×10d6clll一;空穴迁移率(胁)为 327 cm2Ⅳs;组份(工)为0.230,器件厚度为10¨m。
叩ertⅢ.e p—n junction are measured aJld analyzed.Detector7s d砌(current under different temperature and Voltage by modeling calculation of experimental data is calculated,aIld some pe响rrnance parameter a_bout
第36卷,增刊
v01.36 SuppleInent
红外与激光工程
I】匝f1.aIed and I。aser Enginee血g